Rezystory i obwody sond czujnikowych z metalowym rezystorem termicznym PT100 i PT1000

Obwód akwizycji temperatury dla sondy czujnika PT100 lub PT1000 zwykle składa się ze stabilnego źródła prądu, aby wzbudzić czujnik, bardzo precyzyjny obwód pomiarowy rezystancji w celu wykrycia zmiany oporności z temperaturą, i konwerter analogowo-cyfrowy (ADC) Aby przekonwertować zmierzone napięcie na sygnał cyfrowy, który może być przetwarzany przez mikrokontroler lub system akwizycji danych; Kluczową różnicą między obwodem PT100 i PT1000 jest skala wartości rezystancji z powodu PT100 z nominalną rezystancją 100 Ohmy w 0 ° C, a PT1000 ma 1000 omów w temperaturze 0°C, często wymagające korekty obwodu pomiarowego w zależności od pożądanej dokładności i zastosowania.

Artykuł wprowadza zmianę rezystancyjnej PT100 i PT1000 Metalowe sondy rezystora termicznego w różnych temperaturach, a także różnorodne roztwory obwodów akwizycji temperatury. W tym podział napięcia rezystancyjnego, pomiar mostu, stały źródło prądu i AD623, Obwód akwizycji AD620. Aby oprzeć się zakłóceniu, szczególnie zakłócenia elektromagnetyczne w polu lotniczym, Proponowany jest projekt obwodu czujnika temperatury w powietrzu PT1000, w tym filtr typu T do filtrowania i poprawy dokładności pomiaru.
Streszczenie generowane przez CSDN poprzez inteligentną technologię

Czujnik kabla temperatury PT100 do precyzyjnego pomiaru temperatury w pojemnikach, zbiorniki i rury

Sonda czujnika temperatury T100, kabel wysokotemperaturowy -50 ~ 260°

PT100 Platinum Resistancy Czujnik temperatury dla temperatury powierzchni nadajnika

Rozwiązanie obwodu pomiaru temperatury PT100/PT1000
1. Tabela zmiany oporności temperatury czujników PT100 i PT1000
Metalowe rezystory termiczne, takie jak nikiel, Rezystory miedzi i platyny mają dodatnią korelację ze zmianą temperatury. Platinum ma najbardziej stabilne właściwości fizyczne i chemiczne i jest najczęściej używana. Zakres pomiaru temperatury powszechnie stosowanej oporności na platynową sondy czujnika PT100 wynosi -200 ～ 850 ℃, oraz zakresy pomiaru temperatury PT500, Sondy czujnika PT1000, itp. są kolejno zmniejszone. PT1000, Zakres pomiaru temperatury wynosi -200 ～ 420 ℃. Według międzynarodowego standardu IEC751, Charakterystyka temperatury rezystora platyny PT1000 spełnia następujące wymagania:

PT1000 Charakterystyka temperatury

Zgodnie z krzywą charakterystyczną temperaturową PT1000, Nachylenie krzywej charakterystycznej oporności zmienia się nieznacznie w normalnym zakresie temperatur roboczych (Jak pokazano na rysunku 1). Przybliżony związek między oporem a temperaturą można uzyskać poprzez dopasowanie liniowe:

Tabela zmiany oporności temperatury PT100 1

2. Powszechnie stosowane rozwiązania obwodów akwizycji

2. 1 Wyjście dzielnika napięcia rezystora 0 ~ 3,3 V/3V Napięcie analogowe
Zakres wyjściowy obwodu pomiaru temperatury wynosi 0 ~ 3,3 V, PT1000 (Wartość odporności PT1000 znacznie się zmienia, a czułość pomiaru temperatury jest wyższa niż PT100; PT100 jest bardziej odpowiednie do pomiaru temperatury na dużą skalę).

Najprostszym sposobem jest użycie metody podziału napięcia. Napięcie jest generowane przez układ źródłowy odniesienia napięcia TL431, które jest źródłem odniesienia napięcia 4 V. Alternatywnie, Ref3140 może być używany do wygenerowania 4.096V jako źródła odniesienia. Odwołane układy źródłowe obejmują również Ref3120, 3125, 3130, 3133, I 3140. Chip wykorzystuje pakiet SOT-32 i napięcie wejściowe 5 V. Napięcie wyjściowe można wybrać zgodnie z wymaganym napięciem odniesienia. Oczywiście, Zgodnie z normalnym zakresem napięcia portu AD mikrokontrolera, Nie może przekroczyć 3 V/3,3 V.

Bezpośrednie akwizycja obwodu portu AD PT100 Single Chip AD

2.2 Wyjście podziału napięcia rezystora 0 ~ 5 V Napięcie analogowe, a port reklamowy mikrokontrolera bezpośrednio go zbiera.
Oczywiście, Niektóre obwody są zasilane przez mikrokontroler 5 V, a maksymalny prąd roboczy PT1000 wynosi 0,5 mA, Dlatego należy zastosować odpowiednią wartość rezystancji, aby zapewnić normalne działanie komponentu.
Na przykład, 3,3 V w powyższym schemacie podziału napięcia jest zastępowane 5 V. Zaletą tego jest to, że podział napięcia 5 V jest bardziej wrażliwy niż napięcie 3,3 V, a kolekcja jest dokładniejsza. Pamiętać, Teoretyczne obliczone napięcie wyjściowe nie może przekraczać +5 V. W przeciwnym razie, mikrokontroler zostanie uszkodzony.

2.3 Najczęściej stosowany pomiar mostu

Obwód podziału napięcia wyjściowych PT100 0 ~ 5 V Napięcie analogowe

Użyj R11, R12, R13 i PT1000 w celu utworzenia mostu pomiarowego, gdzie r11 = r13 = 10k, R12 = 1000R Precision Resistor. Gdy wartość rezystancyjna PT1000 nie jest równa wartości oporności R12, Mostka wyświetli sygnał różnicy napięcia poziomu MV. Ten sygnał różnicy napięcia jest wzmacniany przez obwód wzmacniacza przyrządu i wysyła pożądany sygnał napięcia, które można bezpośrednio podłączyć z układem konwersji AD lub portem AD mikrokontrolera.

Zasada pomiaru oporu tego obwodu:

1) PT1000 jest termistorem, a jego rezystancja zmienia się zasadniczo liniowo wraz ze zmianą temperatury.

2) Na 0 stopnie, Rezystancja PT1000 wynosi 1 kΩ, wtedy Ub i Ua są równe, to jest, UBA = UB – Do = 0.
3) Zakładając, że w określonej temperaturze, Rezystancja PT1000 wynosi 1,5 kΩ, wtedy Ub i Ua nie są równe. Zgodnie z zasadą podziału napięcia, Możemy znaleźć uba = ub – Do > 0.
4) OP07 to wzmacniacz operacyjny, a jego współczynnik wzmocnienia napięcia A zależy od obwodu zewnętrznego, gdzie a = r2/r1 = 17.5.
5) Napięcie wyjściowe UO OP07 = UBA * A. Więc jeśli użyjemy woltomierza do pomiaru napięcia wyjściowego OP07, Możemy wywnioskować wartość UAB. Ponieważ UA jest znaną wartością, Możemy dalej obliczyć wartość UB. Następnie, Korzystanie z zasady podziału napięcia, Możemy obliczyć wartość oporności specyficznej PT1000. Proces ten można osiągnąć poprzez obliczanie oprogramowania.
6) Jeśli znamy wartość odporności PT1000 w dowolnej temperaturze, Musimy tylko spojrzeć na tabelę zgodnie z wartością rezystancyjną, aby poznać aktualną temperaturę.

2.4 Stały źródło prądu
Ze względu na efekt samongerującego rezystora termicznego, Konieczne jest upewnienie się, że prąd przepływający przez rezystor jest tak mały, jak to możliwe, i ogólnie oczekuje się, że prąd będzie mniejszy niż 10 mA. Sprawdzono, czy samoleczenie platynowego rezystora Pt100 1 MW spowoduje zmianę temperatury 0.02 do 0,75 ℃, Zatem zmniejszenie prądu rezystora platyny PT100 może również zmniejszyć jego zmianę temperatury. Jednakże, Jeśli prąd jest za mały, Jest podatny na zakłócenia szumu, więc jest to na ogół przyjmowane 0.5 Do 2 mama, Tak więc stały prąd źródłowy jest wybierany jako źródło prądu stałego 1mA.

Wybrany układ to stały układ źródła napięcia TL431, a następnie bieżące ujemne sprzężenie zwrotne jest używane do konwersji na stałe źródło prądu. Obwód pokazano na rysunku:

Stały prąd źródło rezystora Schemat akwizycji obwodu PT100

Wzmacniacz operacyjny CA3140 służy do poprawy pojemności obciążenia bieżącego źródła, a formuła obliczeń dla prądu wyjściowego jest:
Wstaw opis obrazu tutaj rezystor powinien być 0.1% Precision Resistor. Ostateczny prąd wyjściowy wynosi 0,996 mA, to jest, Dokładność jest 0.4%.
Stały obwód źródła prądu powinien mieć następujące cechy:
Stabilność temperatury: Ponieważ nasze środowisko pomiaru temperatury wynosi 0-100 ℃, Wyjście źródła prądu nie powinno być wrażliwe na temperaturę. A TL431 ma niezwykle niski współczynnik i dryf niskiej temperatury.

Dobra regulacja obciążenia: Jeśli bieżące falowanie jest zbyt duże, spowoduje błędy czytania. Zgodnie z analizą teoretyczną. Ponieważ napięcie wejściowe waha się między 100-138,5 mV, a zakres pomiaru temperatury wynosi 0-100 ℃, Dokładność pomiaru temperatury wynosi ± 1 stopień Celsjusza, Zatem napięcie wyjściowe powinno zmienić się o 38,5/100 = 0,385 mV dla każdego 1 ℃ Wzrost temperatury otoczenia. Aby zapewnić, że obecna fluktuacja nie wpływa na dokładność, Rozważ najbardziej ekstremalny przypadek, Na 100 stopnie Celsjusza, Wartość odporności PT100 powinna wynosić 138,5r. Wówczas bieżący falista powinna być mniejsza niż 0,385/138,5 = 0,000278mA, to jest, Zmiana prądu podczas zmiany obciążenia powinna być mniejsza niż 0,000278mA. W rzeczywistej symulacji, Obecne źródło pozostaje zasadniczo niezmienione.

3. Rozwiązanie obwodu akwizycji AD623
Zasada może odnosić się do powyższej zasady pomiaru mostu.
Akwizycja w niskiej temperaturze:

AD620 mierzy roztwór akwizycji PT100 Wysoka temperatura (150°)

Akwizycja w wysokiej temperaturze
Wstaw opis obrazu tutaj

4. Rozwiązanie obwodu akwizycji AD620
Roztwór akwizycji AD620 PT100 dla wysokiej temperatury (150°):

AD620 mierzy roztwór akwizycji PT100 w niskiej temperaturze (-40°)

Roztwór akwizycyjny AD620 PT100 dla niskiej temperatury (-40°):

AD620 mierzy schemat akwizycji PT100 w temperaturze pokojowej (20°)

AD620 PT100 Rozwiązanie akwizycji dla temperatury pokojowej (20°):

PT100 czujnik obwód akwizycji wysokiej temperatury

5. Analiza filtrowania przeciw interferencji czujników PT100 i PT1000
Akwizycja temperatury w jakimś kompleksie, surowe lub specjalne środowiska będą podlegać wielkim zakłóceniu, W tym głównie EMI i REI. Na przykład, w stosowaniu akwizycji temperatury silnika, Zakłócenia o wysokiej częstotliwości spowodowane kontrolą silnika i szybką obrót silnika.

Istnieje również wiele scenariuszy kontroli temperatury w pojazdach lotniczych i lotniczych, które mierzą i kontroluje system elektrowni i system kontroli środowiska. Rdzeniem kontroli temperatury jest pomiar temperatury. Ponieważ rezystancja termistora może zmieniać się liniowo wraz z temperaturą, Zastosowanie oporności platyny do pomiaru temperatury jest skuteczną metodą pomiaru temperatury precyzyjnej. Główne problemy są następujące:
1. Opór na przewodzie ołowiu można łatwo wprowadzić, wpływając w ten sposób na dokładność pomiaru czujnika;
2. W niektórych silnych środowiskach interferencji elektromagnetycznej, Zakłócenia można przekonwertować na błąd przesunięcia wyjściowego DC po naprawieniu przez wzmacniacz przyrządu, wpływając na dokładność pomiaru.

5.1 Aerospace Airborne PT1000 Obwód akwizycji
Zapoznaj się z projektem obwodu akwizycji w powietrzu PT1000 w celu uzyskania ingerencji antyelektromagnetycznej w pewnym lotnictwie.

Schemat obwodu akwizycji AD623 dla czujnika PT100

Filtr jest ustawiony na najbardziej zewnętrznym końcu obwodu akwizycji. Obwód wstępnego przetwarzania akwizycji PT1000 nadaje się do interferencji przeciw elektromagnetycznej wstępnej przetwarzania interfejsów urządzeń elektronicznych w powietrzu; określony obwód jest:
Napięcie wejściowe +15V jest konwertowane na źródło napięcia o wysokiej precyzji A +5V przez regulator napięcia. Udajne źródło napięcia +5V jest bezpośrednio podłączone do rezystora R1, a drugi koniec rezystora R1 jest podzielony na dwie ścieżki. Jeden jest podłączony do końca wejściowego w fazie wzmacniacza OP, a drugi jest podłączony do rezystora PT1000 A End przez filtr typu T S1. Wyjście wzmacniacza operacyjnego jest podłączone do wejścia odwracającego w celu utworzenia popychacza napięcia, a wejście odwracające jest podłączone do portu uziemienia regulatora napięcia, aby zapewnić, że napięcie na wejściu w fazie wynosi zawsze zero. Po przejściu przez filtr S2, Jeden koniec A rezystora PT1000 jest podzielony na dwie ścieżki, jeden przez rezystor R4 jako różnicowe wejście napięcia d, i jeden przez rezystor R2 do AGND. Po przejściu przez filtr S3, Drugi koniec B rezystora PT1000 jest podzielony na dwie ścieżki, jeden przez rezystor R5 jako różnicowe wejście napięcia E, i jeden przez rezystor R3 do AGND. D i E są połączone przez kondensator C3, D jest podłączony do AGND przez kondensator C1, a E jest podłączone do AGND przez kondensator C2. Dokładną wartość rezystancyjną PT1000 można obliczyć, mierząc napięcie różnicowe w D i E..

Napięcie wejściowe +15V jest konwertowane na źródło napięcia o wysokiej precyzji A +5V przez regulator napięcia. +5v jest bezpośrednio podłączony do R1. Drugi koniec R1 jest podzielony na dwie ścieżki, jeden podłączony do wejścia w fazie wzmacniacza OP, a drugi podłączony do końca rezystora PT1000 przez filtr typu T S1. Wyjście wzmacniacza operacyjnego jest podłączone do wejścia odwracającego w celu utworzenia popychacza napięcia, a wejście odwracające jest podłączone do portu uziemienia regulatora napięcia, aby zapewnić, że napięcie na wejściu odwracającym wynosi zawsze zero. W tej chwili, Prąd przepływający przez R1 jest stałym 0,5 mA. Regulator napięcia używa AD586TQ/883B, a wzmacniacz operacyjny używa OP467A.

Po przejściu przez filtr S2, Jeden koniec A rezystora PT1000 jest podzielony na dwie ścieżki, jeden przez rezystor R4 jako różnicowy koniec napięcia D., i jeden przez rezystor R2 do AGND. Po przejściu przez filtr S3, Drugi koniec B rezystora PT1000 jest podzielony na dwie ścieżki, jeden przez rezystor R5 jako różnicowy koniec napięcia E, i jeden przez rezystor R3 do AGND. D i E są połączone przez kondensator C3, D jest podłączony do AGND przez kondensator C1, a E jest podłączone do AGND przez kondensator C2.
Odporność R4 i R5 wynosi 4,02k omów, Odporność R1 i R2 wynosi 1m omów, Pojemność C1 i C2 wynosi 1000pf, a pojemność C3 wynosi 0,047Uf. R4, R5, C1, C2, i C3 razem tworzą sieć filtrów RFI. Filtr RFI uzupełnia filtrowanie dolnoprzepustowego sygnału wejściowego, a filtrowane obiekty obejmują zakłócenia trybu różnicowego i zakłócenia trybu wspólnego przenoszone w sygnał różnicowy wejściowych. Obliczenie częstotliwości odcięcia ‑3dB interferencji trybu wspólnego i interferencji trybu różnicowego przenoszona w sygnał wejściowym pokazano w wzorze:

Aerospace Airborne PT1000 Obwód akwizycji

Zastępując wartość rezystancji w obliczeniach, Częstotliwość odcięcia trybu wspólnego wynosi 40 kHz, a częstotliwość odcięcia trybu różnicowego wynosi 2,6 kHz.
Punkt końcowy B jest podłączony do AGND przez filtr S4. Wśród nich, Zaciski uziemienia filtra od S1 do S4 są podłączone do gruntu osłonowego samolotu. Ponieważ prąd przepływający przez PT1000 jest znany 0,05 mA, Dokładną wartość rezystancyjną PT1000 można obliczyć, mierząc napięcie różnicowe na obu końcach D i E..
S1 do S4 Użyj filtrów typu T, Model GTL2012X - 103T801, z częstotliwością odcięcia M ± 20%. Ten obwód wprowadza filtry dolnoprzepustowe do zewnętrznych linii interfejsu i wykonuje filtrowanie RFI na napięciu różnicowym. Jako obwód wstępny dla PT1000, Skutecznie eliminuje interferencję promieniowania elektromagnetycznego i RFI, co znacznie poprawia niezawodność zebranych wartości. Ponadto, Napięcie jest mierzone bezpośrednio z obu końców rezystora PT1000, Wyeliminowanie błędu spowodowanego odpornością na wiodącą i poprawą dokładności wartości oporności.

3-Drut Klasa B Wysoka kontrola temperatury przemysłowej PT100 Platinum termiczny czujnik temperatury temperatury

Termopara sprężynowa typu k-e, sonda czujnika temperatury PT100

Wysoka precyzyjna czujnik temperatury PT100 do pomiaru temperatury transformatora

5.2 Filtr typu T.
Wstaw opis obrazu tutaj
Filtr typu T składa się z dwóch cewek i kondensatorów. Oba jego końce mają wysoką impedancję, a jego wydajność utraty wstawiania jest podobna do wydajności filtra typu π, ale nie jest to podatne “dzwonienie” i może być używane w obwodach przełączających.