Tecnologia de sensor de temperatura

Resistores e circuitos de sondas de sensor de resistor térmico de Pt100 e Pt1000 Metal

Sonda de sensor de temperatura T100 Alta temperatura -50 ~ 260 cabo

Um circuito de aquisição de temperatura para uma sonda de sensor PT100 ou PT1000 normalmente consiste em uma fonte de corrente estável para excitar o sensor, Um circuito de medição de resistência de alta precisão para detectar a mudança de resistência com a temperatura, e um conversor analógico para digital (ADC) Para converter a tensão medida em um sinal digital que pode ser processado por um microcontrolador ou sistema de aquisição de dados; A principal diferença entre um circuito PT100 e PT1000 é a escala de valores de resistência devido ao PT100 com uma resistência nominal de 100 ohms a 0 ° C enquanto um pt1000 tem 1000 ohms a 0°C, muitas vezes exigindo ajustes no circuito de medição, dependendo da precisão e aplicação desejadas.

O artigo apresenta a mudança de resistência das sondas do sensor de resistor térmico de pt100 e pt1000 metal em diferentes temperaturas, bem como uma variedade de soluções de circuito de aquisição de temperatura. Incluindo divisão de tensão de resistência, medição da ponte, Fonte atual constante e AD623, Circuito de aquisição AD620. Para resistir à interferência, Especialmente interferência eletromagnética no campo aeroespacial, Um projeto de circuito de aquisição do sensor de temperatura PT1000 no ar é proposto, incluindo um filtro do tipo T para filtrar e melhorar a precisão da medição.
Resumo gerado pelo CSDN através da tecnologia inteligente

Sensor de cabo de temperatura PT100 para medição precisa de temperatura em recipientes, Tanques e tubos

Sensor de cabo de temperatura PT100 para medição precisa de temperatura em recipientes, Tanques e tubos

Sonda de sensor de temperatura T100 Alta temperatura -50 ~ 260 cabo

Sonda de sensor de temperatura T100 Alta temperatura -50 ~ 260 cabo

Sensor de temperatura de resistência à platina PT100 para a temperatura da superfície do transmissor

Sensor de temperatura de resistência à platina PT100 para a temperatura da superfície do transmissor

Solução de circuito de aquisição de temperatura PT100/PT1000
1. Resistência à temperatura Tabela de sensores PT100 e PT1000
Resistores térmicos de metal, como níquel, Os resistores de cobre e platina têm uma correlação positiva com a mudança de temperatura. A platina tem as propriedades físicas e químicas mais estáveis ​​e é o material mais utilizado. A faixa de medição de temperatura das sondas do sensor de resistência à platina comumente usadas é -200 ~ 850 ℃, e as faixas de medição de temperatura do PT500, Sondas do sensor PT1000, etc.. são sucessivamente reduzidos. Pt1000, A faixa de medição de temperatura é -200 ~ 420 ℃. De acordo com o padrão internacional IEC751, as características de temperatura do resistor de platina Pt1000 atendem aos seguintes requisitos:

Curva característica de temperatura PT1000

Curva característica de temperatura PT1000

De acordo com a curva característica de temperatura do PT1000, A inclinação da curva característica de resistência muda ligeiramente dentro da faixa normal de temperatura operacional (Como mostrado na figura 1). A relação aproximada entre resistência e temperatura pode ser obtida através de ajuste linear:

Tabela de mudança de resistência à temperatura PT100 1

Tabela de mudança de resistência à temperatura PT100 1

2. Soluções de circuito de aquisição comumente usadas

2. 1 Saída do divisor de tensão do resistor 0 ~ 3.3 V/3 V tensão analógica de chip único porta AD aquisição direta
A faixa de saída de tensão do circuito de medição de temperatura é de 0 ~ 3,3 V, PT1000 (O valor da resistência PT1000 muda muito, e a sensibilidade da medição de temperatura é superior a PT100; PT100 é mais adequado para medição de temperatura em larga escala).

A maneira mais simples é usar o método de divisão de tensão. A tensão é gerada pelo chip fonte de referência de tensão TL431, que é uma fonte de referência de tensão de 4V. Alternativamente, REF3140 pode ser usado para gerar 4.096V como fonte de referência. Os chips de origem de referência também incluem REF3120, 3125, 3130, 3133, e 3140. O chip usa um pacote SOT-32 e uma tensão de entrada de 5V. A tensão de saída pode ser selecionada de acordo com a tensão de referência necessária. Claro, de acordo com a faixa normal de entrada de tensão da porta AD do microcontrolador, não pode exceder 3V/3,3V.

Aquisição direta de circuito de porta AD de chip único PT100

Aquisição direta de circuito de porta AD de chip único PT100

2.2 Saída de divisão de tensão do resistor 0 ~ 5V tensão analógica, e a porta AD do microcontrolador coleta diretamente.
Claro, alguns circuitos são alimentados por um microcontrolador de 5V, e a corrente operacional máxima do PT1000 é 0,5mA, portanto, um valor de resistência apropriado deve ser usado para garantir a operação normal do componente.
Por exemplo, os 3,3 V no diagrama esquemático de divisão de tensão acima são substituídos por 5 V. A vantagem disso é que a divisão de tensão de 5V é mais sensível que a divisão de tensão de 3,3V., e a coleta é mais precisa. Lembrar, A tensão de saída calculada teórica não pode exceder +5V. De outra forma, O microcontrolador será danificado.

2.3 A medição de ponte mais usada

O circuito de divisor de tensão de saídas PT100 0 ~ 5V tensão analógica

O circuito de divisor de tensão de saídas PT100 0 ~ 5V tensão analógica

Use R11, R12, R13 e PT1000 para formar uma ponte de medição, onde r11 = r13 = 10k, R12 = 1000R Resistor de precisão. Quando o valor de resistência do PT1000 não é igual ao valor de resistência de R12, A ponte produzirá um sinal de diferença de tensão no nível da MV. Este sinal de diferença de tensão é amplificado pelo circuito do amplificador do instrumento e produz o sinal de tensão desejado, que pode ser conectado diretamente ao chip de conversão de anúncios ou à porta de anúncios do microcontrolador.

O princípio da medição de resistência deste circuito:

1) PT1000 é um termistor, e sua resistência muda basicamente linearmente com a mudança de temperatura.

2) No 0 graus, A resistência de pt1000 é 1kΩ, então ub e ua são iguais, aquilo é, Uba = ub – Fazer = 0.
3) Assumindo que em uma certa temperatura, A resistência de Pt1000 é 1,5kΩ, então ub e ua não são iguais. De acordo com o princípio do divisor de tensão, podemos encontrar uba = ub – Fazer > 0.
4) OP07 é um amplificador operacional, e seu fator de amplificação de tensão A depende do circuito externo, onde a = r2/r1 = 17.5.
5) A tensão de saída UO de Op07 = Uba * UM. Portanto, se usarmos um voltímetro para medir a tensão de saída do OP07, Podemos inferir o valor da UAB. Como UA é um valor conhecido, Podemos calcular ainda mais o valor de UB. Então, usando o princípio do divisor de tensão, Podemos calcular o valor de resistência específico de pt1000. Este processo pode ser alcançado através do cálculo do software.
6) Se soubermos o valor de resistência do PT1000 a qualquer temperatura, Precisamos apenas procurar a tabela de acordo com o valor de resistência para conhecer a temperatura atual.

2.4 Fonte de corrente constante
Devido ao efeito de auto-aquecimento do resistor térmico, é necessário garantir que a corrente que flui através do resistor seja o menor possível, e geralmente a corrente deve ser menor que 10ma. Foi verificado que o auto-aquecimento do resistor de platina pt100 de 1 MW causará uma mudança de temperatura de 0.02 a 0,75 ℃, Portanto, reduzir a corrente do resistor de platina PT100 também pode reduzir sua mudança de temperatura. No entanto, Se a corrente for muito pequena, é suscetível à interferência de ruído, Então, geralmente é tomado em 0.5 para 2 mA, então a corrente da fonte de corrente constante é selecionada como uma fonte de corrente constante de 1mA.

O chip selecionado é o chip fonte de tensão constante TL431, e então o feedback negativo atual é usado para convertê-lo em uma fonte de corrente constante. O circuito é mostrado na figura:

Fonte de corrente constante do esquema de aquisição do circuito do resistor PT100

Fonte de corrente constante do esquema de aquisição do circuito do resistor PT100

O amplificador operacional CA3140 é usado para melhorar a capacidade de carga da fonte de corrente, e a fórmula de cálculo para a corrente de saída é:
Insira a descrição da imagem aqui O resistor deve ser um 0.1% resistor de precisão. A corrente de saída final é 0,996mA, aquilo é, a precisão é 0.4%.
O circuito fonte de corrente constante deve ter as seguintes características:
Estabilidade de temperatura: Como nosso ambiente de medição de temperatura é de 0-100°C, A saída da fonte atual não deve ser sensível à temperatura. E TL431 tem um coeficiente de temperatura extremamente baixo e desvio de baixa temperatura.

Boa regulação de carga: Se a ondulação atual for muito grande, Isso causará erros de leitura. De acordo com a análise teórica. Como a tensão de entrada varia entre 100-138,5mv, e a faixa de medição de temperatura é de 0 a 100 ℃, A precisão da medição da temperatura é ± 1 grau Celsius, Portanto, a tensão de saída deve mudar em 38,5/100 = 0,385mv para cada 1 ℃ Aumento da temperatura ambiente. Para garantir que a flutuação atual não afete a precisão, Considere o caso mais extremo, no 100 graus Celsius, O valor de resistência do PT100 deve ser 138,5r. Então a onda atual deve ser inferior a 0,385/138,5 = 0,000278mA, aquilo é, a mudança na corrente durante a mudança de carga deve ser inferior a 0,000278mA. Na simulação real, a fonte atual permanece basicamente inalterada.

3. Solução de circuito de aquisição AD623
O princípio pode referir-se ao princípio de medição da ponte acima.
Aquisição de baixa temperatura:

AD620 mede alta temperatura da solução de aquisição PT100 (150°)

AD620 mede alta temperatura da solução de aquisição PT100 (150°)

Aquisição de alta temperatura
Insira a descrição da imagem aqui

4. Solução de circuito de aquisição AD620
Solução de aquisição AD620 PT100 para alta temperatura (150°):

AD620 mede solução de aquisição PT100 em baixa temperatura (-40°)

AD620 mede solução de aquisição PT100 em baixa temperatura (-40°)

Solução de aquisição AD620 PT100 para baixa temperatura (-40°):

AD620 mede esquema de aquisição PT100 em temperatura ambiente (20°)

AD620 mede esquema de aquisição PT100 em temperatura ambiente (20°)

Solução de aquisição AD620 PT100 para temperatura ambiente (20°):

Circuito de aquisição de alta temperatura do sensor PT100

Circuito de aquisição de alta temperatura do sensor PT100

5. Análise de filtragem anti-interferência de sensores PT100 e PT1000
Aquisição de temperatura em algum complexo, ambientes agressivos ou especiais estarão sujeitos a grandes interferências, incluindo principalmente EMI e REI. Por exemplo, na aplicação de aquisição de temperatura do motor, distúrbios de alta frequência causados ​​pelo controle do motor e rotação de alta velocidade do motor.

Há também um grande número de cenários de controle de temperatura dentro de veículos de aviação e aeroespaciais, que medem e controlam o sistema de energia e o sistema de controle ambiental. O núcleo do controle de temperatura é a medição da temperatura. Como a resistência do termistor pode mudar linearmente com a temperatura, usar resistência de platina para medir a temperatura é um método eficaz de medição de temperatura de alta precisão. Os principais problemas são os seguintes:
1. A resistência no fio condutor é facilmente introduzida, afetando assim a precisão da medição do sensor;
2. Em certos ambientes de forte interferência eletromagnética, a interferência pode ser convertida em erro de deslocamento de saída DC após ser retificada pelo amplificador do instrumento, afetando a precisão da medição.

5.1 Circuito de aquisição PT1000 aeroespacial aerotransportado
Consulte o projeto de um circuito de aquisição aerotransportado PT1000 para interferência antieletromagnética em uma determinada aviação.

Esquema do circuito de aquisição AD623 para sensor PT100

Esquema do circuito de aquisição AD623 para sensor PT100

Um filtro é definido na extremidade externa do circuito de aquisição. O circuito de pré-processamento de aquisição PT1000 é adequado para pré-processamento de interferência anti-eletromagnética de interfaces de equipamentos eletrônicos aéreos; o circuito específico é:
A tensão de entrada de +15V é convertida em uma fonte de tensão de alta precisão de +5V através de um regulador de tensão. A fonte de tensão de alta precisão + 5V está diretamente conectada ao resistor R1, e a outra extremidade do resistor R1 é dividida em dois caminhos. Um está conectado à extremidade de entrada em fase do amplificador operacional, e o outro é conectado à extremidade A do resistor PT1000 através do filtro tipo T S1. A saída do amplificador operacional é conectada à entrada inversora para formar um seguidor de tensão, e a entrada inversora é conectada à porta de aterramento do regulador de tensão para garantir que a tensão na entrada em fase seja sempre zero. Depois de passar pelo filtro S2, uma extremidade A do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R4 como entrada de tensão diferencial D, e um através do resistor R2 para AGND. Depois de passar pelo filtro S3, A outra extremidade B do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R5 como a entrada de tensão diferencial e, e um através do resistor r3 para agnd. D e E são conectados através do capacitor C3, D está conectado ao AGND através do capacitor C1, e E está conectado ao AGND através do capacitor C2. O valor preciso da resistência de Pt1000 pode ser calculado medindo a tensão diferencial em D e E.

A tensão de entrada de +15V é convertida em uma fonte de tensão de alta precisão de +5V através de um regulador de tensão. O +5V está diretamente conectado a R1. A outra extremidade de R1 é dividida em dois caminhos, um conectado à entrada em fase do amplificador OP, e o outro conectado à extremidade A do resistor PT1000 através do filtro do tipo T S1. A saída do amplificador operacional é conectada à entrada inversora para formar um seguidor de tensão, e a entrada inversora é conectada à porta de aterramento do regulador de tensão para garantir que a tensão na entrada inversora seja sempre zero. Neste momento, a corrente que flui através de R1 é constante de 0,5mA. O regulador de tensão usa AD586TQ/883B, e o amplificador operacional usa OP467A.

Depois de passar pelo filtro S2, uma extremidade A do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R4 como extremidade de entrada de tensão diferencial D, e um através do resistor R2 para AGND. Depois de passar pelo filtro S3, A outra extremidade B do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R5 como a extremidade de entrada de tensão diferencial E, e um através do resistor r3 para agnd. D e E são conectados através do capacitor C3, D está conectado ao AGND através do capacitor C1, e E está conectado ao AGND através do capacitor C2.
A resistência de R4 e R5 é 4,02k ohms, a resistência de R1 e R2 é de 1M ohms, a capacitância de C1 e C2 é 1000pF, e a capacitância de C3 é 0,047uF. R4, R5, C1, C2, e C3 juntos formam uma rede de filtros RFI. O filtro RFI completa a filtragem passa-baixa do sinal de entrada, e os objetos filtrados incluem a interferência de modo diferencial e a interferência de modo comum transportadas no sinal diferencial de entrada. O cálculo da frequência de corte de -3dB da interferência de modo comum e da interferência de modo diferencial transportada no sinal de entrada é mostrado na fórmula:

Circuito de aquisição PT1000 aeroespacial aerotransportado

Circuito de aquisição PT1000 aeroespacial aerotransportado

Substituindo o valor da resistência no cálculo, a frequência de corte do modo comum é 40kHZ, e a frequência de corte do modo diferencial é 2,6 KHZ.
O ponto final B está conectado ao AGND através do filtro S4. Entre eles, os terminais de aterramento do filtro de S1 a S4 estão todos conectados ao aterramento de blindagem da aeronave. Como a corrente que flui através do PT1000 é conhecida como 0,05mA, o valor preciso da resistência do PT1000 pode ser calculado medindo a tensão diferencial em ambas as extremidades de D e E.
S1 a S4 usam filtros tipo T, modelo GTL2012X-103T801, com frequência de corte de M±20%. Este circuito introduz filtros passa-baixa nas linhas de interface externa e realiza filtragem RFI na tensão diferencial. Como circuito de pré-processamento para PT1000, elimina efetivamente a interferência de radiação eletromagnética e RFI, o que melhora muito a confiabilidade dos valores coletados. Além disso, a tensão é medida diretamente em ambas as extremidades do resistor PT1000, eliminando o erro causado pela resistência do condutor e melhorando a precisão do valor da resistência.

3-Sensor de temperatura com resistor térmico de platina PT100, controle de alta temperatura industrial de alta classe B

3-Sensor de temperatura com resistor térmico de platina PT100, controle de alta temperatura industrial de alta classe B

Termopar para mola de compressão do tipo K-E, sonda de sensor de temperatura PT100

Termopar para mola de compressão do tipo K-E, sonda de sensor de temperatura PT100

Sensor de temperatura PT100 de alta precisão para medição de temperatura do transformador

Sensor de temperatura PT100 de alta precisão para medição de temperatura do transformador

5.2 Filtro do tipo t
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O filtro do tipo T consiste em dois indutores e capacitores. Ambas as extremidades têm alta impedância, e seu desempenho de perda de inserção é semelhante ao do filtro do tipo π, Mas não é propenso a “toque” e pode ser usado na troca de circuitos.