Rešitev vezja za zajem temperature PT100/PT1000

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Kovinski toplotni upori, kot je nikelj, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change in resistance with temperature. Platina ima najstabilnejše fizikalne in kemijske lastnosti in se najpogosteje uporablja. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistor Pt100 is -200～850 ℃. Poleg tega, the temperature measurement ranges of Pt500, Pt1000, itd. se zaporedno zmanjšujejo. Pt1000, temperature measurement range -200～420 ℃. V skladu z mednarodnim standardom IEC751, temperaturne značilnosti platinastega upora Pt1000 izpolnjujejo naslednje zahteve:

Pt1000 temperaturna karakteristična krivulja

Glede na temperaturno karakteristično krivuljo Pt1000, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (kot je prikazano na sliki 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 Tabela spreminjanja temperaturne odpornosti PT100

Tabela spreminjanja temperaturne odpornosti PT100

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Pogosto uporabljene rešitve zajemnih vezij

2.1 Resistor voltage division output 0~3.3V/3V analog voltage

Single-chip AD port direct acquisition
Razpon izhodne napetosti vezja za merjenje temperature je 0~3,3 V, PT1000 (Vrednost odpornosti PT1000 se močno spremeni, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 je bolj primeren za merjenje temperature v velikem obsegu).

Resistor voltage divider outputs 0~3.3V 3V analog voltage

Najenostavnejši način je uporaba metode delitve napetosti. The voltage is the voltage reference source 4V generated by the TL431 voltage reference source chip, or REF3140 can be used to generate 4.096V as the reference source. The reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, in 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. Izhodno napetost lahko izberete glede na zahtevano referenčno napetost. seveda, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, ne sme preseči 3V/3,3V.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
seveda, some circuits use 5V MCU power supply, and the maximum operating current of PT1000 is 0.5mA, so appropriate resistance value should be used to ensure the normal operation of the components.
Na primer, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced with 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than 3.3V, and the acquisition is more accurate. Ne pozabite, teoretično izračunana izhodna napetost ne sme preseči +5V. V nasprotnem primeru, it will cause damage to the MCU.

2.3 Najpogosteje uporabljena meritev mostu
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, kjer je R11=R13=10k, R12=1000R precision resistors. Ko vrednost upora Pt1000 ni enaka vrednosti upora R12, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Ta signal napetostne razlike ojača vezje ojačevalnika instrumenta in oddaja želeni napetostni signal. This signal can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measurement bridge

Načelo merjenja upora tega vezja:
1) PT1000 je termistor. As the temperature changes, the resistance changes basically linearly.
2) pri 0 stopnje, upornost PT1000 je 1kΩ, potem sta Ub in Ua enaka, to je, Uba = Ub – Naredi = 0.
3) Ob predpostavki, da pri določeni temperaturi, upornost PT1000 je 1,5 kΩ, potem Ub in Ua nista enaka. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – naredi > 0.
4) OP07 je operacijski ojačevalnik, and its voltage gain A depends on the external circuit, kjer je A = R2/R1 = 17.5.
5) Izhodna napetost Uo OP07 = Uba * A. Torej, če uporabimo voltmeter za merjenje izhodne napetosti OP07, lahko sklepamo na vrednost Uab. Ker je Ua znana vrednost, lahko naprej izračunamo vrednost Ub. Potem, using the voltage division principle, lahko izračunamo specifično vrednost upora PT1000. Ta postopek je mogoče doseči z izračunom programske opreme.
6) Če poznamo vrednost upora PT1000 pri kateri koli temperaturi, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Vir stalnega toka
Zaradi samosegrevalnega učinka termičnega upora, the current flowing through the resistor should be as small as possible. Na splošno, the current is expected to be less than 10mA. Preverjeno je bilo, da je samosegrevanje platinastega upora PT100 iz 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Zato, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Vendar, če je tok premajhen, je dovzeten za hrupne motnje, so the value is generally 0.5-2 mA, tako da je tok vira s konstantnim tokom izbran kot vir s konstantnim tokom 1 mA.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Vezje je prikazano na sliki

Med njimi, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, in formula za izračun izhodnega toka je:

The resistor should be a 0.1% natančni upor. Končni izhodni tok je 0,996 mA, to je, natančnost je 0.4%.

Vezje vira stalnega toka mora imeti naslednje značilnosti

Select the constant voltage source chip TL431

Temperaturna stabilnost: Ker je naše okolje za merjenje temperature 0-100 ℃, izhod tokovnega vira ne sme biti občutljiv na temperaturo. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Dobra regulacija obremenitve: Če je trenutno valovanje preveliko, to bo povzročilo napake pri branju. Po teoretični analizi, since the input voltage varies between 100-138.5mV, in območje merjenja temperature je 0-100 ℃, natančnost merjenja temperature je ±1 stopinja Celzija, zato se mora izhodna napetost spremeniti za 38,5/100=0,385mV za vsak 1℃ dvig temperature okolja. Da bi zagotovili, da trenutna nihanja ne vplivajo na natančnost, razmislite o najbolj skrajnem primeru, pri 100 stopinj Celzija, vrednost upora PT100 mora biti 138,5R. Potem mora biti valovanje toka manjše od 0,385/138,5=0,000278mA, to je, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. V dejanski simulaciji, trenutni vir ostane v osnovi nespremenjen.
3. Rešitev zajemnega vezja AD623

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Načelo se lahko nanaša na zgornji princip merjenja mostu.
Pridobivanje pri nizki temperaturi:

Pridobivanje visoke temperature

4. Rešitev zajemnega vezja AD620

AD620 PT100 acquisition solution

AD620 PT100 acquisition solution high temperature (150°):

AD620 PT100 acquisition solution low temperature (-40°):

AD620 PT100 acquisition solution room temperature (20°):

5. PT100 and PT1000 anti-interference filtering analysis

Zajemanje temperature v nekem kompleksu, težka ali posebna okolja bodo izpostavljena velikim motnjam, predvsem vključno z EMI in REI.

Na primer, pri uporabi zaznavanja temperature motorja, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Obstaja tudi veliko število scenarijev nadzora temperature v letalskih in vesoljskih vozilih, ki merijo in krmilijo elektroenergetski sistem in sistem za nadzor okolja. Jedro nadzora temperature je merjenje temperature. Ker se upornost termistorja lahko linearno spreminja s temperaturo, uporaba platinske odpornosti za merjenje temperature je učinkovita visoko natančna metoda merjenja temperature. Glavne težave so naslednje:
1. Upor na vodilni žici se zlahka uvede, kar vpliva na natančnost merjenja senzorja;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, vpliva na natančnost merjenja.
5.1 Zajemno vezje PT1000 v vesoljskem zraku

Zajemno vezje PT1000 v vesoljskem zraku

Glejte zasnovo zračnega vezja za zajemanje PT1000 za protielektromagnetne motnje v določenem letalstvu.

Filter je nastavljen na skrajnem koncu zajemalnega kroga. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
Vhodna napetost +15 V se prek regulatorja napetosti pretvori v vir napetosti visoke natančnosti +5 V, and the +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1.
The other end of the resistor R1 is divided into two paths, enega, ki je povezan s faznim vhodom operacijskega ojačevalnika, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. Izhod operacijskega ojačevalnika je povezan z invertnim vhodom, da tvori sledilnik napetosti, in obračalni vhod je povezan z ozemljitvenim priključkom regulatorja napetosti, da se zagotovi, da je napetost na vhodu v fazi vedno enaka nič. Po prehodu skozi filter S2, en konec A upora PT1000 je razdeljen na dve poti, one path is used as the differential voltage input terminal D through resistor R4, and the other path is connected to AGND through resistor R2. Po prehodu skozi filter S3, drugi konec B upora PT1000 je razdeljen na dve poti, one path is used as the differential voltage input terminal E through resistor R5, and the other path is connected to AGND through resistor R3. D in E sta povezana preko kondenzatorja C3, D je povezan z AGND prek kondenzatorja C1, in E je povezan z AGND prek kondenzatorja C2; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

Vhodna napetost +15 V se prek regulatorja napetosti pretvori v vir napetosti visoke natančnosti +5 V. +5V je neposredno povezan z R1. Drugi konec R1 je razdeljen na dve poti, one is connected to the in-phase input terminal of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A through the T-type filter S1. Izhod operacijskega ojačevalnika je povezan z invertnim vhodom, da tvori sledilnik napetosti, in invertirajoči vhod je povezan z ozemljitvenim priključkom napetostnega regulatorja, da se zagotovi, da je napetost na invertirajočem vhodu vedno enaka nič. V tem času, tok, ki teče skozi R1, je konstanten 0,5 mA. Regulator napetosti uporablja AD586TQ/883B, operacijski ojačevalnik pa uporablja OP467A.

Po prehodu skozi filter S2, en konec A upora PT1000 je razdeljen na dve poti, enega skozi upor R4 kot vhodni konec diferencialne napetosti D, in enega skozi upor R2 na AGND; after passing through the S3 filter, drugi konec B upora PT1000 je razdeljen na dve poti, enega skozi upor R5 kot vhodni konec diferencialne napetosti E, in enega skozi upor R3 na AGND. D in E sta povezana preko kondenzatorja C3, D je povezan z AGND prek kondenzatorja C1, in E je povezan z AGND prek kondenzatorja C2.
Upornost R4 in R5 je 4,02 k ohmov, upor R1 in R2 je 1M ohmov, kapacitivnost C1 in C2 je 1000pF, in kapacitivnost C3 je 0,047uF. R4, R5, C1, C2, in C3 skupaj tvorita mrežo filtrov RFI, which completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects to be filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. Izračun mejne frekvence –3dB motenj skupnega načina in motenj diferencialnega načina, ki jih prenaša vhodni signal, je prikazan v formuli:

Zamenjava vrednosti upora v izračunu, mejna frekvenca običajnega načina je 40 kHz, in mejna frekvenca diferencialnega načina je 2,6 KHZ.
Končna točka B je povezana z AGND preko filtra S4. Med njimi, ozemljitveni priključki filtra od S1 do S4 so vsi povezani z ozemljitvijo letala. Ker je tok, ki teče skozi PT1000, znanih 0,05 mA, natančno vrednost upora PT1000 je mogoče izračunati z merjenjem diferenčne napetosti na obeh koncih D in E.
S1 do S4 uporabljajo filtre tipa T, model GTL2012X‑103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. To vezje uvaja nizkopasovne filtre v zunanje vmesniške linije in izvaja filtriranje RFI na diferenčni napetosti. Kot vezje za predprocesiranje za PT1000, učinkovito odpravlja motnje elektromagnetnega in RFI sevanja, kar močno izboljša zanesljivost zbranih vrednosti. Poleg tega, napetost se neposredno meri z obeh koncev upora PT1000, odpravljanje napake, ki jo povzroča upornost svinca, in izboljšanje natančnosti vrednosti upora.

5.2 Filter tipa T
Filter tipa T je sestavljen iz dveh induktorjev in kondenzatorjev. Oba konca imata visoko impedanco, in njegova zmogljivost vnesenih izgub je podobna kot pri filtru tipa π, vendar ni nagnjen k “zvonjenje” in se lahko uporablja v stikalnih tokokrogih.