Weerstanden en circuits van PT100- en PT1000 -metalen thermische weerstandssensor -probes

Een temperatuurverwervingscircuit voor een PT100- of PT1000 -sensorsonde bestaat meestal uit een stabiele stroombron om de sensor te opwinden, Een zeer nauwkeurige weerstandscircuit om de verandering in weerstand met temperatuur te detecteren, en een analoog-naar-digitale converter (ADC) Om de gemeten spanning om te zetten in een digitaal signaal dat kan worden verwerkt door een microcontroller of data -acquisitiesysteem; Het belangrijkste verschil tussen een PT100- en PT1000 -circuit is de schaal van weerstandswaarden als gevolg van de PT100 met een nominale weerstand van 100 ohm bij 0 ° C terwijl een PT1000 heeft 1000 ohm bij 0°C, Vaak vereisen aanpassingen in het meetcircuit, afhankelijk van de gewenste nauwkeurigheid en toepassing.

Het artikel introduceert de weerstandsverandering van PT100- en PT1000 -metalen thermische weerstandssensor sensor probes bij verschillende temperaturen, evenals een verscheidenheid aan oplossingen voor temperatuurverwervingscircuitcircuit. Inclusief weerstandsspanningsdivisie, Brugmeting, constante stroombron en AD623, AD620 Acquisition Circuit. Om interferentie te weerstaan, Vooral elektromagnetische interferentie in het ruimtevaartveld, Er wordt een Airborne PT1000 temperatuursensor -acquisitiecircuitontwerp voorgesteld, inclusief een T-type filter voor het filteren en verbeteren van de meetnauwkeurigheid.
Abstract gegenereerd door CSDN door intelligente technologie

PT100 temperatuurkabelsensor voor precieze temperatuurmeting in containers, tanks en pijpen

Temperatuursensor sonde T100 hoge temperatuur -50 ～ 260 kabel

PT100 Platinum -weerstandstemperatuursensor voor de temperatuur van de zenderoppervlak

PT100/PT1000 temperatuurregistratiecircuitoplossing
1. Temperatuurweerstandsveranderingstabel van PT100- en PT1000 -sensoren
Metalen thermische weerstanden zoals nikkel, Koper- en platina -weerstanden hebben een positieve correlatie met de verandering van temperatuur. Platina heeft de meest stabiele fysische en chemische eigenschappen en is het meest gebruikt. Het temperatuurmeetbereik van de veelgebruikte platinaresistenties PT100 -sensorsondes is -200 ～ 850 ℃, en de temperatuurmeting varieert van PT500, PT1000 -sensorprobes, enz. zijn achtereenvolgens verminderd. Pt1000, Temperatuurmeetbereik is -200 ～ 420 ℃. Volgens de IEC751 International Standard, De temperatuurkarakteristieken van de platina -weerstand PT1000 voldoen aan de volgende vereisten:

PT1000 temperatuurkarakteristiek curve

Volgens de PT1000 -temperatuurkarakteristiekcurve, De helling van de weerstandskarakteristieke curve verandert enigszins binnen het normale bedrijfstemperatuurbereik (zoals weergegeven in figuur 1). De geschatte relatie tussen weerstand en temperatuur kan worden verkregen door lineaire aanpassing:

PT100 Temperatuurweerstand Wijziging Tabel 1

2. Veelgebruikte oplossingen voor acquisitiecircuit

2. 1 Weerstandspanningsverdeler uitgang 0 ~ 3.3V/3V Analoge spanning enkele chip AD -poort directe acquisitie
Het temperatuurmetingscircuitspanningsuitgangsbereik is 0 ~ 3,3V, PT1000 (PT1000 weerstandswaarde verandert sterk, en de gevoeligheid van de temperatuurmeting is hoger dan PT100; PT100 is meer geschikt voor grootschalige temperatuurmeting).

De eenvoudigste manier is door de methode van de spanningsverdeling te gebruiken. De spanning wordt gegenereerd door de TL431 -spanningsreferentiebronchip, dat is een 4V -spanningsreferentiebron. Alternatief, Ref3140 kan worden gebruikt om 4.096V te genereren als referentiebron. Referentiebronchips omvatten ook Ref3120, 3125, 3130, 3133, En 3140. De chip maakt gebruik van een SOT-32-pakket en een 5V-ingangsspanning. De uitgangsspanning kan worden geselecteerd volgens de vereiste referentiespanning. Natuurlijk, Volgens het normale spanningsingangsbereik van de AD -poort van de microcontroller, Het kan niet hoger zijn dan 3V/3.3V.

PT100 Single Chip AD Port Circuit Direct Acquisition

2.2 Weerstandspanning Divisie uitgang 0 ~ 5V Analoge spanning, en de AD -poort van de microcontroller verzamelt deze rechtstreeks.
Natuurlijk, Sommige circuits worden aangedreven door een 5V -microcontroller, en de maximale bedrijfsstroom van de PT1000 is 0,5 mA, Er moet dus een geschikte weerstandswaarde worden gebruikt om de normale werking van de component te waarborgen.
Bijvoorbeeld, De 3.3V in het schematische diagram van de spanningsdeling hierboven wordt vervangen door 5V. Het voordeel hiervan is dat de 5V -spanningsdivisie gevoeliger is dan de 3,3V -spanning, en de collectie is nauwkeuriger. Herinneren, De theoretische berekende uitgangsspanning kan niet hoger zijn dan +5V. Anders, De microcontroller wordt beschadigd.

2.3 De meest gebruikte brugmeting

Het spanningsverdelercircuit van PT100 -uitgangen 0 ~ 5V analoge spanning

Gebruik R11, R12, R13 en PT1000 om een ​​meetbrug te vormen, waar r11 = r13 = 10k, R12 = 1000R precisieweerstand. Wanneer de weerstandswaarde van PT1000 niet gelijk is aan de weerstandswaarde van R12, De brug zal een MV -niveau spanningsverschilsignaal uitvoeren. Dit spanningsverschilsignaal wordt versterkt door het instrumentversterkercircuit en voert het gewenste spanningssignaal uit, die direct kan worden aangesloten op de AD -conversie -chip of de AD -poort van de microcontroller.

Het principe van weerstandsmeting van dit circuit:

1) PT1000 is een thermistor, en de weerstand ervan verandert in principe lineair met de verandering van temperatuur.

2) Bij 0 graden, De weerstand van PT1000 is 1kΩ, dan zijn ub en ua gelijk, dat is, Uba = ub – Doen = 0.
3) Uitgaande van dat bij een bepaalde temperatuur, De weerstand van PT1000 is 1,5 kΩ, dan zijn UB en UA niet gelijk. Volgens het spanningsverdelerprincipe, We kunnen UBA = UB vinden – Doen > 0.
4) Op07 is een operationele versterker, en de spanningsversterkingsfactor A hangt af van het externe circuit, waarbij a = r2/r1 = 17.5.
5) De uitgangsspanning UO van OP07 = UBA * A. Dus als we een voltmeter gebruiken om de uitgangsspanning van OP07 te meten, We kunnen de waarde van UAB afleiden. Omdat UA een bekende waarde is, We kunnen de waarde van UB verder berekenen. Dan, met behulp van het spanningsverdelerprincipe, We kunnen de specifieke weerstandswaarde van PT1000 berekenen. Dit proces kan worden bereikt door softwareberekening.
6) Als we de weerstandswaarde van PT1000 bij elke temperatuur kennen, We hoeven alleen de tabel op te zoeken volgens de weerstandswaarde om de huidige temperatuur te kennen.

2.4 Constante stroombron
Vanwege het zelfverwarmende effect van de thermische weerstand, Het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de stroom die door de weerstand stroomt zo klein mogelijk is, en over het algemeen wordt de stroom naar verwachting minder dan 10 mA. Er is geverifieerd dat het zelfverwarmen van de platinaresistor pt100 van 1 MW zal een temperatuurverandering veroorzaken 0.02 tot 0,75 ℃, Dus het verminderen van de stroom van de platinaresistor PT100 kan ook de temperatuurverandering verminderen. Echter, Als de stroom te klein is, Het is vatbaar voor ruisinterferentie, Dus het wordt over het algemeen genomen op 0.5 naar 2 mA, Dus de constante stroombronstroom wordt geselecteerd als een 1MA -constante stroombron.

De geselecteerde chip is de constante spanningsbronchip TL431, en dan wordt de huidige negatieve feedback gebruikt om het om te zetten in een constante stroombron. Het circuit wordt in de figuur getoond:

Constante stroombron van weerstand PT100 Circuit Acquisition Scheme

De operationele versterker CA3140 wordt gebruikt om de laadcapaciteit van de huidige bron te verbeteren, en de berekeningsformule voor de uitgangsstroom is:
Voeg hier beeldbeschrijving in de weerstand moet een 0.1% precisieweerstand. De uiteindelijke uitgangsstroom is 0,996 mA, dat is, De nauwkeurigheid is 0.4%.
Het constante stroombroncircuit moet de volgende kenmerken hebben:
Temperatuurstabiliteit: Omdat onze temperatuurmeetomgeving 0-100 ℃ is, De uitgang van de huidige bron mag niet gevoelig zijn voor temperatuur. En TL431 heeft een extreem lage temperatuurcoëfficiënt en lage temperatuur drift.

Goede load -verordening: Als de huidige rimpel te groot is, Het zal leesfouten veroorzaken. Volgens theoretische analyse. Omdat de ingangsspanning varieert tussen 100-138,5 mV, en het temperatuurmeetbereik is 0-100 ℃, De temperatuurmetingsnauwkeurigheid is ± 1 graad Celsius, Dus de uitgangsspanning moet veranderen met 38,5/100 = 0,385 mV voor elke 1 ℃ toename van de omgevingstemperatuur. Om ervoor te zorgen dat de huidige fluctuatie geen invloed heeft op de nauwkeurigheid, Overweeg de meest extreme zaak, bij 100 graden Celsius, De weerstandswaarde van PT100 moet 138,5r zijn. Dan moet de huidige rimpel minder zijn dan 0,385/138,5 = 0,000278 mA, dat is, De verandering in stroom tijdens de belastingwijziging moet minder zijn dan 0,000278MA. In de daadwerkelijke simulatie, De huidige bron blijft in principe ongewijzigd.

3. AD623 Acquisition Circuit -oplossing
Het principe kan verwijzen naar het bovenstaande brugmeetprincipe.
Acquisitie op lage temperatuur:

AD620 meet PT100 -acquisitieoplossing Hoge temperatuur (150°)

Acquisitie op hoge temperatuur
Voeg hier beeldbeschrijving in

4. AD620 Acquisition Circuit -oplossing
AD620 PT100 Acquisition -oplossing voor hoge temperatuur (150°):

AD620 meet PT100 -acquisitieoplossing bij lage temperatuur (-40°)

AD620 PT100 Acquisition -oplossing voor lage temperatuur (-40°):

AD620 meet PT100 -acquisitieschema bij kamertemperatuur (20°)

AD620 PT100 Acquisition -oplossing voor kamertemperatuur (20°):

PT100 Sensor High Temperaty Acquisition Circuit

5. Anti-interferentiefilteranalyse van PT100- en PT1000-sensoren
Temperatuurverwerving in sommige complex, harde of speciale omgevingen zullen onderworpen zijn aan geweldige interferentie, voornamelijk inclusief EMI en REI. Bijvoorbeeld, bij de toepassing van motortemperatuurverwerving, hoogfrequente verstoringen veroorzaakt door motorregeling en snelle rotatie van de motor.

Er zijn ook een groot aantal temperatuurregelingscenario's in de luchtvaart- en ruimtevaartvoertuigen, die het energiesysteem en het milieucontrolesysteem meten en regelen. De kern van temperatuurregeling is temperatuurmeting. Omdat de weerstand van de thermistor lineair kan veranderen met de temperatuur, Het gebruik van platinaresistentie om de temperatuur te meten is een effectieve methode voor het meet van de hoge nauwkeurige temperatuur. De belangrijkste problemen zijn als volgt:
1. De weerstand op de looddraad is gemakkelijk geïntroduceerd, dus de meetnauwkeurigheid van de sensor beïnvloeden;
2. In bepaalde sterke elektromagnetische interferentieomgevingen, De interferentie kan worden omgezet in DC -uitgangsoffsetfout nadat hij is verholpen door de instrumentversterker, De nauwkeurigheid van de meetnauwkeurigheid.

5.1 Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit
Raadpleeg het ontwerp van een Airborne PT1000-acquisitiecircuit voor anti-elektromagnetische interferentie in een bepaalde luchtvaart.

AD623 Acquisition Circuit Scheme voor PT100 -sensor

Een filter is ingesteld aan het buitenste uiteinde van het acquisitiecircuit. Het PT1000-acquisitie voorbewerkingscircuit is geschikt voor anti-elektromagnetische interferentie voorbewerking van interfaces in de lucht elektronische apparatuur; Het specifieke circuit is:
De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar. De +5V hoog-nauwkeurige spanningsbron is rechtstreeks verbonden met de weerstand R1, en het andere uiteinde van de weerstand R1 is verdeeld in twee paden. Men is verbonden met het input-uiteinde van de fase van de op-amp, en de andere is verbonden met de PT1000-weerstand een einde door het T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de infase-ingang altijd nul is. Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R4 als de differentiële spanningsingang d, en één via weerstand R2 tot Agnd. Na het passeren van het S3 -filter, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R5 als de differentiële spanningsingang E, en één via weerstand R3 tot Agnd. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2. De precieze weerstandswaarde van PT1000 kan worden berekend door de differentiële spanning over D en E te meten.

De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar. De +5V is rechtstreeks verbonden met R1. Het andere uiteinde van R1 is verdeeld in twee paden, Een verbonden met de in-fase-ingang van de op-amp, en de andere verbonden met het A-uiteinde van de PT1000-weerstand via het T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de inverterende ingang altijd nul is. Op dit moment, De stroom die door R1 stroomt, is een constante 0,5 mA. De spanningsregelaar gebruikt AD586TQ/883B, en de op -amp gebruikt op467a.

Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R4 als de differentiële spanningsingangeinde D D, en één via weerstand R2 tot Agnd. Na het passeren van het S3 -filter, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R5 als de differentiële spanningsingangeinde e, en één via weerstand R3 tot Agnd. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2.
De weerstand van R4 en R5 is 4,02k ohm, De weerstand van R1 en R2 is 1m ohm, De capaciteit van C1 en C2 is 1000 pf, en de capaciteit van C3 is 0,047UF. R4, R5, C1, C2, en C3 vormen samen een RFI -filternetwerk. Het RFI-filter voltooit het lage passfiltering van het ingangssignaal, en de uitgefilterde objecten omvatten de interferentie van de differentiële modus en de gemeenschappelijke modus -interferentie die wordt gedragen in het invoerdifferentieel signaal. De berekening van de ‑3dB -afsnijfrequentie van de interferentie van de gemeenschappelijke modus en differentiële modus interferentie die in het ingangssignaal wordt gedragen, wordt weergegeven in de formule:

Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit

De weerstandswaarde vervangen door de berekening, De voorkomende frequentie van de gewone modus is 40 kHz, en de afsnijdfrequentie van de differentiële modus is 2,6 kHz.
Eindpunt B is verbonden met AGND via het S4 -filter. Onder hen, De filtergrondaansluitingen van S1 tot S4 zijn allemaal verbonden met de luchtafscherming van het vliegtuig. Omdat de stroom die door PT1000 stroomt, een bekende 0,05 mA is, De precieze weerstandswaarde van PT1000 kan worden berekend door de differentiële spanning aan beide uiteinden van D en E te meten.
S1 tot S4 Gebruik t-type filters, Model GTL2012X - 103T801, met een afsnijdfrequentie van m ± 20%. Dit circuit introduceert low-pass filters in de externe interfacelijnen en voert RFI-filtering uit op de differentiële spanning. Als voorbewerkingscircuit voor PT1000, Het elimineert effectief elektromagnetische en RFI -stralingsinterferentie, die de betrouwbaarheid van de verzamelde waarden aanzienlijk verbetert. In aanvulling, De spanning wordt direct gemeten aan beide uiteinden van de PT1000 -weerstand, het elimineren van de fout veroorzaakt door de loodweerstand en het verbeteren van de nauwkeurigheid van de weerstandswaarde.

3-Draadklasse B Hoge industriële temperatuurregeling PT100 Platinum Thermische weerstandstemperatuursensor

K-E-type compressie veer thermokoppel, PT100 Temperatuursensor sonde

Hoge precisie PT100 temperatuursensor voor temperatuurmeting van transformator

5.2 T-type filter
Voeg hier beeldbeschrijving in
Het T-type filter bestaat uit twee inductoren en condensatoren. Beide uiteinden ervan hebben een hoge impedantie, en de prestaties van het invoegverlies zijn vergelijkbaar met die van het π-type filter, Maar het is niet vatbaar voor “rinkelen” en kan worden gebruikt bij het schakelen van circuits.