PT100/PT1000 sıcaklık toplama devresi çözümü

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Nikel gibi metal termal dirençler, bakır ve platin dirençler sıcaklıkla direnç değişimiyle pozitif korelasyona sahiptir. Platin en kararlı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir ve en yaygın kullanılanıdır.. Yaygın olarak kullanılan platin direnç Pt100'ün sıcaklık ölçüm aralığı -200~850 OC'dir.. Ek olarak, Pt500'ün sıcaklık ölçüm aralıkları, Pt1000, vesaire. art arda azaltılır. Pt1000, sıcaklık ölçüm aralığı -200~420 OC. IEC751 uluslararası standardına göre, platin direnç Pt1000'in sıcaklık özellikleri aşağıdaki gereksinimleri karşılar:

Pt1000 sıcaklık karakteristik eğrisi

Pt1000 sıcaklık karakteristik eğrisine göre, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (Şekilde gösterildiği gibi 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 PT100 sıcaklık direnci değişim tablosu

PT100 sıcaklık direnci değişim tablosu

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Yaygın olarak kullanılan toplama devresi çözümleri

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

Single-chip AD port direct acquisition
Sıcaklık ölçüm devresi voltaj çıkış aralığı 0~3,3V'dir, PT1000 (PT1000 direnç değeri büyük ölçüde değişiyor, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 büyük ölçekli sıcaklık ölçümü için daha uygundur).

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

En basit yol gerilim bölme yöntemini kullanmaktır.. 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, Ve 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. Çıkış voltajı gerekli referans voltajına göre seçilebilir. Elbette, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, 3V/3.3V'u aşamaz.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
Elbette, 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.
Örneğin, 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. Hatırlamak, teorik olarak hesaplanan çıkış voltajı +5V'u aşamaz. Aksi takdirde, it will cause damage to the MCU.

2.3 En sık kullanılan köprü ölçümü
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, burada R11=R13=10k, R12=1000R precision resistors. Pt1000'in direnç değeri R12'nin direnç değerine eşit olmadığında, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Bu voltaj farkı sinyali, enstrüman amplifikatör devresi tarafından güçlendirilir ve istenen voltaj sinyalini verir.. 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

Bu devrenin direnç ölçüm prensibi:
1) PT1000 bir termistördür. Sıcaklık değiştikçe, the resistance changes basically linearly.
2) Şu tarihte: 0 derece, PT1000'in direnci 1kΩ'dur, o zaman Ub ve Ua eşittir, yani, Uba = Ub – Yap = 0.
3) Belli bir sıcaklıkta olduğunu varsayarsak, PT1000'in direnci 1,5kΩ'dur, o zaman Ub ve Ua eşit değildir. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – Yapmak > 0.
4) OP07 bir işlemsel yükselteçtir, and its voltage gain A depends on the external circuit, burada A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07'nin çıkış gerilimi Uo = Uba * A. Yani OP07'nin çıkış voltajını ölçmek için bir voltmetre kullanırsak, Uab'ın değerini çıkarabiliriz. Ua bilinen bir değer olduğundan, Ub'nin değerini daha da hesaplayabiliriz. Daha sonra, using the voltage division principle, PT1000'in spesifik direnç değerini hesaplayabiliriz. Bu süreç yazılım hesaplaması yoluyla gerçekleştirilebilir..
6) PT1000'in herhangi bir sıcaklıktaki direnç değerini biliyorsak, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Sabit akım kaynağı
Termal direncin kendiliğinden ısınma etkisi nedeniyle, the current flowing through the resistor should be as small as possible. Genel olarak, the current is expected to be less than 10mA. Platin direnç PT100'ün kendiliğinden ısındığı doğrulandı. 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Öyleyse, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Fakat, eğer akım çok küçükse, gürültü girişimine karşı hassastır, so the value is generally 0.5-2 mA, böylece sabit akım kaynağı akımı 1mA sabit akım kaynağı olarak seçilir.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Devre şekilde gösterilmiştir

Aralarında, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, ve çıkış akımı için hesaplama formülü şu şekildedir::

The resistor should be a 0.1% hassas direnç. Nihai çıkış akımı 0,996mA, yani, doğruluk 0.4%.

Sabit akım kaynağı devresi aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır

Select the constant voltage source chip TL431

Sıcaklık kararlılığı: Sıcaklık ölçüm ortamımız 0-100°C olduğundan, akım kaynağının çıkışı sıcaklığa duyarlı olmamalıdır. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

İyi yük düzenlemesi: Mevcut dalgalanma çok büyükse, okuma hatalarına neden olur. Teorik analize göre, since the input voltage varies between 100-138.5mV, ve sıcaklık ölçüm aralığı 0-100°C'dir, sıcaklık ölçüm doğruluğu ±1 santigrat derecedir, bu nedenle ortam sıcaklığındaki her 1°C artış için çıkış voltajı 38,5/100=0,385mV değişmelidir. Akım dalgalanmasının doğruluğu etkilememesini sağlamak için, en uç durumu düşünün, en 100 santigrat derece, PT100'ün direnç değeri 138,5R olmalıdır. O zaman mevcut dalgalanma 0,385/138,5=0,000278mA'dan az olmalıdır, yani, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. Gerçek simülasyonda, mevcut kaynak temelde değişmeden kalır.
3. AD623 toplama devresi çözümü

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Prensip yukarıdaki köprü ölçüm prensibine atıfta bulunabilir..
Düşük sıcaklık kazanımı:

Yüksek sıcaklık kazanımı

4. AD620 toplama devresi çözümü

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

Bazı komplekslerde sıcaklık kazanımı, zorlu veya özel ortamlar büyük parazitlere maruz kalacaktır, esas olarak EMI ve REI dahil.

Örneğin, motor sıcaklığı kazanımı uygulamasında, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Havacılık ve uzay araçlarının içinde de çok sayıda sıcaklık kontrol senaryosu bulunmaktadır., Güç sistemi ve çevre kontrol sistemini ölçen ve kontrol eden. Sıcaklık kontrolünün özü sıcaklık ölçümüdür. Termistörün direnci sıcaklıkla doğrusal olarak değişebileceğinden, Sıcaklığı ölçmek için platin direnci kullanmak, etkili, yüksek hassasiyetli bir sıcaklık ölçüm yöntemidir. Başlıca sorunlar aşağıdaki gibidir:
1. Kurşun teldeki direnç kolayca tanıtılır, dolayısıyla sensörün ölçüm doğruluğunu etkiler;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, ölçüm doğruluğunu etkileyen.
5.1 Havacılık havadan PT1000 toplama devresi

Havacılık havadan PT1000 toplama devresi

Belirli bir havacılıkta anti-elektromanyetik girişim için havadaki PT1000 toplama devresinin tasarımına bakın..

Toplama devresinin en dış ucuna bir filtre yerleştirilmiştir. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
+15V giriş voltajı, bir voltaj regülatörü aracılığıyla +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağına dönüştürülür, 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, biri op amp'in faz içi girişine bağlı, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. Op-amp'ın çıkışı, bir voltaj takipçisi oluşturmak için evirici girişe bağlanır., ve evirici giriş, aynı fazdaki girişteki voltajın her zaman sıfır olmasını sağlamak için voltaj regülatörünün toprak portuna bağlanır. S2 filtresinden geçtikten sonra, PT1000 direncinin bir ucu A iki yola bölünmüştür, 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. S3 filtresinden geçtikten sonra, PT1000 direncinin diğer ucu B iki yola bölünmüştür, 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 ve E kapasitör C3 aracılığıyla bağlanır, D, C1 kondansatörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır, ve E, C2 kapasitörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

+15V giriş voltajı, bir voltaj regülatörü aracılığıyla +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağına dönüştürülür. +5V doğrudan R1'e bağlanır. R1'in diğer ucu iki yola bölünmüştür, 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. Op-amp'ın çıkışı, bir voltaj takipçisi oluşturmak için evirici girişe bağlanır., ve evirici girişindeki voltajın her zaman sıfır olmasını sağlamak için evirici giriş, voltaj regülatörünün toprak portuna bağlanır. Şu anda, R1'den akan akım sabit bir 0,5mA'dır. Voltaj regülatörü AD586TQ/883B'yi kullanır, ve op amp OP467A'yı kullanıyor.

S2 filtresinden geçtikten sonra, PT1000 direncinin bir ucu A iki yola bölünmüştür, diferansiyel voltaj giriş ucu D olarak bir ila direnç R4, ve bir direnç R2'den AGND'ye; after passing through the S3 filter, PT1000 direncinin diğer ucu B iki yola bölünmüştür, diferansiyel voltaj giriş ucu E olarak bir ila direnç R5, ve bir direnç R3'ten AGND'ye. D ve E kapasitör C3 aracılığıyla bağlanır, D, C1 kondansatörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır, ve E, C2 kapasitörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır.
R4 ve R5'in direnci 4,02k ohm'dur, R1 ve R2'nin direnci 1M ohm'dur, C1 ve C2'nin kapasitansı 1000pF'dir, ve C3'ün kapasitansı 0,047 uF'dir. R4, R5, C1, C2, ve C3 birlikte bir RFI filtre ağı oluşturur, 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. Giriş sinyalinde taşınan ortak mod girişiminin ve diferansiyel mod girişiminin ‑3dB kesme frekansının hesaplanması formülde gösterilmektedir.:

Direnç değerinin hesaplamaya eklenmesi, ortak mod kesme frekansı 40kHZ'dir, ve diferansiyel mod kesme frekansı 2,6KHZ'dir.
B uç noktası S4 filtresi aracılığıyla AGND'ye bağlanır. Aralarında, S1'den S4'e kadar olan filtre topraklama terminallerinin tümü uçağın koruyucu topraklamasına bağlıdır. PT1000'den akan akım bilinen bir 0,05mA olduğundan, PT1000'in kesin direnç değeri, D ve E'nin her iki ucundaki diferansiyel voltajın ölçülmesiyle hesaplanabilir..
S1 ila S4, T tipi filtreleri kullanır, modeli GTL2012X‑103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. Bu devre, harici arayüz hatlarına alçak geçiren filtreler sunar ve diferansiyel voltajda RFI filtrelemesi gerçekleştirir.. PT1000 için ön işleme devresi olarak, elektromanyetik ve RFI radyasyon girişimini etkili bir şekilde ortadan kaldırır, toplanan değerlerin güvenilirliğini büyük ölçüde artıran. Ek olarak, voltaj doğrudan PT1000 direncinin her iki ucundan ölçülür, Kurşun direncinin neden olduğu hatayı ortadan kaldırmak ve direnç değerinin doğruluğunu artırmak.

5.2 T tipi filtre
T tipi filtre iki indüktör ve kapasitörden oluşur. Her iki ucu da yüksek empedansa sahiptir, ve ekleme kaybı performansı π tipi filtreninkine benzer, ama eğilimli değil “zil” ve anahtarlama devrelerinde kullanılabilir.