PT100/PT1000 sıcaklık toplama devresi çözümü

1. PT100 ve PT1000 Sıcaklık Direnç Değişikliği Tablosu
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, Direnç karakteristik eğrisinin eğimi, normal çalışma sıcaklığı aralığında çok az değişir (Şekilde gösterildiği gibi 1). Doğrusal oturma yoluyla, Direnç ve sıcaklık arasındaki yaklaşık ilişki:

1.1 PT100 sıcaklık direnci değişim tablosu

PT100 sıcaklık direnci değişim tablosu

1.2 PT1000 Sıcaklık Direnç Değişimi Tablosu

PT1000 Sıcaklık Direnç Değişimi Tablosu

2. Yaygın olarak kullanılan toplama devresi çözümleri

2.1 Direnç Voltaj Bölümü Çıkışı 0 ~ 3.3V/3V Analog Voltaj

Tek çipli reklam bağlantı noktası doğrudan edinimi
Sıcaklık ölçüm devresi voltaj çıkış aralığı 0~3,3V'dir, PT1000 (PT1000 direnç değeri büyük ölçüde değişiyor, Sıcaklık ölçüm hassasiyeti PT100'den daha yüksektir; PT100 büyük ölçekli sıcaklık ölçümü için daha uygundur).

Direnç Voltaj Bölücü Çıkışları 0 ~ 3.3V 3V Analog Voltaj

En basit yol gerilim bölme yöntemini kullanmaktır.. Voltaj, TL431 voltaj referans kaynak çipi tarafından üretilen voltaj referans kaynağı 4V'dir, veya REF3140, referans kaynak olarak 4.096V oluşturmak için kullanılabilir. Referans Kaynak Yongaları ayrıca REF3120 içerir, 3125, 3130, 3133, Ve 3140. Çip, SOT-32 paketi ve 5V giriş voltajı kullanır. Çıkış voltajı gerekli referans voltajına göre seçilebilir. Elbette, MCU AD bağlantı noktasının normal voltaj giriş aralığına göre, 3V/3.3V'u aşamaz.

2.2 Direnç Voltaj Bölümü Çıkışı 0 ~ 5V Analog Voltaj MCU AD bağlantı noktası Doğrudan Edinme.
Elbette, Bazı devreler 5V MCU güç kaynağı kullanır, ve PT1000'in maksimum çalışma akımı 0.5mm, Bu nedenle, bileşenlerin normal çalışmasını sağlamak için uygun direnç değeri kullanılmalıdır.
Örneğin, Yukarıdaki voltaj bölümü şematik diyagramındaki 3.3V, 5V ile değiştirildi. Bunun avantajı, 5V voltaj bölümünün 3.3V'den daha hassas olmasıdır., Ve satın alma daha doğru. Hatırlamak, teorik olarak hesaplanan çıkış voltajı +5V'u aşamaz. Aksi takdirde, MCU'ya zarar verecek.

2.3 En sık kullanılan köprü ölçümü
R11, R12, R13 ve PT1000, bir ölçüm köprüsü oluşturmak için kullanılır, burada R11=R13=10k, R12 = 1000r hassas dirençler. Pt1000'in direnç değeri R12'nin direnç değerine eşit olmadığında, Köprü MV seviyesi bir voltaj farkı sinyali çıkarır. Bu voltaj farkı sinyali, enstrüman amplifikatör devresi tarafından güçlendirilir ve istenen voltaj sinyalini verir.. Bu sinyal doğrudan reklam dönüşüm çipine veya mikrodenetleyicinin reklam bağlantı noktasına bağlanabilir.

R11, R12, R13 ve PT1000 bir ölçüm köprüsü oluşturmak için kullanılır

Bu devrenin direnç ölçüm prensibi:
1) PT1000 bir termistördür. Sıcaklık değiştikçe, Direnç temelde doğrusal olarak değişir.
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. Voltaj bölümü ilkesine göre, UBA = ub olduğunu öğrenebiliriz – Yapmak > 0.
4) OP07 bir işlemsel yükselteçtir, ve voltaj kazancı harici devreye bağlıdır, 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, Voltaj Bölümü İlkesini Kullanma, PT1000'in spesifik direnç değerini hesaplayabiliriz. Bu süreç yazılım hesaplaması yoluyla gerçekleştirilebilir..
6) PT1000'in herhangi bir sıcaklıktaki direnç değerini biliyorsak, Mevcut sıcaklığı bilmek için sadece direnç değerine göre tabloya bakmamız gerekiyor.

2.4 Sabit akım kaynağı
Termal direncin kendiliğinden ısınma etkisi nedeniyle, dirençten akan akım mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Genel olarak, Akımın 10mA'dan daha az olması bekleniyor. Platin direnç PT100'ün kendiliğinden ısındığı doğrulandı. 1 MW, 0.02-0.75 ℃ sıcaklık değişimine neden olur. Öyleyse, Platin dirençinin akımını azaltmak PT100 de sıcaklık değişimini azaltabilir. Fakat, eğer akım çok küçükse, gürültü girişimine karşı hassastır, Yani değer genellikle 0.5-2 mA, böylece sabit akım kaynağı akımı 1mA sabit akım kaynağı olarak seçilir.

Çip, sabit voltaj kaynaklı çip TL431 olarak seçilir, ve sonra mevcut negatif geri bildirim kullanılarak sabit bir akım kaynağına dönüştürüldü. Devre şekilde gösterilmiştir

Aralarında, Operasyonel amplifikatör CA3140, geçerli kaynağın yük kapasitesini artırmak için kullanılır, ve çıkış akımı için hesaplama formülü şu şekildedir::

Direnç bir 0.1% hassas direnç. Nihai çıkış akımı 0,996mA, yani, doğruluk 0.4%.

Sabit akım kaynağı devresi aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır

Sabit Voltaj Kaynak Çip TL431'i seçin

Sıcaklık kararlılığı: Sıcaklık ölçüm ortamımız 0-100°C olduğundan, akım kaynağının çıkışı sıcaklığa duyarlı olmamalıdır. TL431 son derece düşük sıcaklık katsayısına ve düşük sıcaklık kaymasına sahiptir.

İyi yük düzenlemesi: Mevcut dalgalanma çok büyükse, okuma hatalarına neden olur. Teorik analize göre, Giriş voltajı 100-138.5mv arasında değiştiğinden, 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, Yük değişikliği sırasında mevcut değişiklik 0.000278mA'dan az olmalıdır. Gerçek simülasyonda, mevcut kaynak temelde değişmeden kalır.
3. AD623 toplama devresi çözümü

AD623 Edinme PT1000 Devre Çözümü

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

Yüksek sıcaklık kazanımı

4. AD620 toplama devresi çözümü

AD620 PT100 Edinme Çözümü

AD620 PT100 Edinme Çözümü Yüksek sıcaklık (150°):

AD620 PT100 Edinme Çözümü Düşük sıcaklık (-40°):

AD620 PT100 Edinme Çözüm Oda Sıcaklığı (20°):

5. PT100 ve PT1000 Anti-Hız Filtreleme Analizi

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

Örneğin, motor sıcaklığı kazanımı uygulamasında, Motor kontrolü ve motorun yüksek hızlı dönüşü yüksek frekans bozukluklarına neden olur.

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. Bazı güçlü elektromanyetik girişim ortamlarında, Enstrüman amplifikatörü tarafından düzeltmeden sonra parazit DC çıkışına dönüştürülebilir
Ofset hatası, 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. PT1000 Edinme Ön İşleme Devresi, Havadaki Elektronik Ekipman Arayüzünün Anti-elektromanyetik Girişim Ön İşlemesi için uygundur;
Belirli devre:
+15V giriş voltajı, bir voltaj regülatörü aracılığıyla +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağına dönüştürülür, ve +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağı, R1 dirençine doğrudan bağlanmıştır.
R1 dirençinin diğer ucu iki yola ayrılmıştır, biri op amp'in faz içi girişine bağlı, ve diğeri pt1000 dirençine bağlı T-tipi filtre 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, Direnç R4 aracılığıyla diferansiyel voltaj giriş terminali D olarak bir yol kullanılır, ve diğer yol direnç r2 ile AGND'ye bağlanır. S3 filtresinden geçtikten sonra, PT1000 direncinin diğer ucu B iki yola bölünmüştür, Direnç R5 aracılığıyla diferansiyel voltaj giriş terminali E olarak bir yol kullanılır, ve diğer yol direnç r3 ile AGND'ye bağlanır. D ve E kapasitör C3 aracılığıyla bağlanır, D, C1 kondansatörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır, ve E, C2 kapasitörü aracılığıyla AGND'ye bağlanır; PT1000'in kesin direnç değeri, D ve E arasındaki diferansiyel voltajı ölçerek hesaplanabilir.

+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, biri op amp'in faz içi giriş terminaline bağlı, ve diğeri T tipi filtre S1'den PT1000 direnç A'ya bağlanır. 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; S3 filtresinden geçtikten sonra, 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, giriş sinyalinin düşük geçişli filtrelemesini tamamlar, ve filtrelenecek nesneler, giriş diferansiyel sinyalinde taşınan diferansiyel mod parazitini ve ortak mod parazitini içerir.. 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, 1m ±% 20 kesme frekansı ile. 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.