PT100 ve PT1000 Metal Termal Direnç Sensör Problarının Dirençleri ve Devreleri

Bir PT100 veya PT1000 sensör probu için sıcaklık toplama devresi tipik olarak sensörü uyarmak için kararlı bir akım kaynağından oluşur, Sıcaklıkla dirençteki değişimi tespit etmek için yüksek hassasiyetli direnç ölçüm devresi, ve analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) Ölçülen voltajı bir mikrodenetleyici veya veri toplama sistemi tarafından işlenebilecek dijital bir sinyale dönüştürmek için; PT100 ve PT1000 devresi arasındaki en önemli fark, Pt100'ün nominal dirence sahip olması nedeniyle direnç değerlerinin ölçeğidir. 100 0°C'de ohm iken Pt1000'de 1000 0°C'de ohm, İstenilen doğruluk ve uygulamaya bağlı olarak genellikle ölçüm devresinde ayarlamalar yapılması gerekir.

Makale, PT100 ve PT1000 metal termal direnç sensör problarının farklı sıcaklıklardaki direnç değişimini tanıtmaktadır., yanı sıra çeşitli sıcaklık toplama devresi çözümleri. Direnç voltajı bölümü dahil, köprü ölçümü, sabit akım kaynağı ve AD623, AD620 toplama devresi. Girişime direnmek için, özellikle havacılık alanında elektromanyetik girişim, havadan PT1000 sıcaklık sensörü toplama devresi tasarımı önerilmiştir, Ölçüm doğruluğunu filtrelemek ve geliştirmek için T tipi filtre dahil.
Akıllı teknoloji aracılığıyla CSDN tarafından oluşturulan özet

Kaplarda hassas sıcaklık ölçümü için PT100 Sıcaklık kablolu sensör, tanklar ve borular

Sıcaklık sensörü probu T100 yüksek sıcaklık -50~260 kablo

Verici yüzey sıcaklığı için PT100 platin dirençli sıcaklık sensörü

PT100/PT1000 sıcaklık toplama devresi çözümü
1. PT100 ve PT1000 sensörlerin sıcaklık direnci değişim tablosu
Nikel gibi metal termal dirençler, bakır ve platin dirençler sıcaklık değişimiyle pozitif bir korelasyona sahiptir. Platin en kararlı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir ve en yaygın kullanılanıdır.. Yaygın olarak kullanılan platin dirençli Pt100 sensör problarının sıcaklık ölçüm aralığı -200~850°C'dir., ve Pt500'ün sıcaklık ölçüm aralıkları, Pt1000 sensör probları, vesaire. art arda azaltılır. Pt1000, sıcaklık ölçüm aralığı -200~420°C'dir. 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 biraz değişir (Şekilde gösterildiği gibi 1). Direnç ve sıcaklık arasındaki yaklaşık ilişki doğrusal uydurma yoluyla elde edilebilir.:

PT100 sıcaklık direnci değişim tablosu 1

2. Yaygın olarak kullanılan toplama devresi çözümleri

2. 1 Direnç voltaj bölücü çıkışı 0~3.3V/3V analog voltaj tek çipli AD portu doğrudan toplama
Sıcaklık ölçüm devresi voltaj çıkış aralığı 0~3,3V'dir, PT1000 (PT1000 direnç değeri büyük ölçüde değişiyor, ve sıcaklık ölçüm hassasiyeti PT100'den daha yüksektir; PT100 büyük ölçekli sıcaklık ölçümü için daha uygundur).

En basit yol gerilim bölme yöntemini kullanmaktır.. Gerilim TL431 gerilim referans kaynağı çipi tarafından üretilir, 4V voltaj referans kaynağı olan. Alternatif olarak, REF3140, referans kaynağı olarak 4,096V üretmek için kullanılabilir. Referans kaynak çipleri ayrıca REF3120'yi de içerir, 3125, 3130, 3133, Ve 3140. Çip bir SOT-32 paketi ve 5V giriş voltajı kullanıyor. Çıkış voltajı gerekli referans voltajına göre seçilebilir. Elbette, mikrodenetleyicinin AD portunun normal voltaj giriş aralığına göre, 3V/3.3V'u aşamaz.

PT100 tek çipli AD port devresi doğrudan edinimi

2.2 Direnç voltaj bölümü çıkışı 0~5V analog voltaj, ve mikro denetleyicinin AD portu onu doğrudan toplar.
Elbette, bazı devreler 5V'luk bir mikrodenetleyici tarafından çalıştırılır, ve PT1000'in maksimum çalışma akımı 0,5mA'dır, bu nedenle bileşenin normal çalışmasını sağlamak için uygun bir direnç değeri kullanılmalıdır.
Örneğin, Yukarıdaki voltaj bölümü şematik diyagramındaki 3,3V, 5V ile değiştirilmiştir.. Bunun avantajı 5V gerilim bölümünün 3,3V gerilime göre daha hassas olmasıdır., ve koleksiyon daha doğru. Hatırlamak, teorik olarak hesaplanan çıkış voltajı +5V'u aşamaz. Aksi takdirde, mikrodenetleyici hasar görecek.

2.3 En sık kullanılan köprü ölçümü

PT100'ün voltaj bölücü devresi 0~5V analog voltaj çıkışı sağlar

R11'i kullanın, R12, Bir ölçüm köprüsü oluşturmak için R13 ve Pt1000, burada R11=R13=10k, R12=1000R hassas direnç. Pt1000'in direnç değeri R12'nin direnç değerine eşit olmadığında, köprü mV seviyesinde bir voltaj farkı sinyali verecektir. Bu voltaj farkı sinyali, enstrüman amplifikatör devresi tarafından güçlendirilir ve istenen voltaj sinyalini verir., AD dönüşüm çipine veya mikro denetleyicinin AD bağlantı noktasına doğrudan bağlanabilen.

Bu devrenin direnç ölçüm prensibi:

1) PT1000 bir termistördür, ve direnci temel olarak sıcaklık değişimiyle 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. Gerilim bölücü prensibine göre, Uba = Ub'yi bulabiliriz – Yapmak > 0.
4) OP07 bir işlemsel yükselteçtir, ve voltaj yükseltme faktörü A 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, gerilim bölücü prensibini kullanarak, 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 akımın mümkün olduğu kadar küçük olmasını sağlamak gerekir, ve genellikle akımın 10mA'dan az olması beklenir. Platin direnç PT100'ün kendiliğinden ısındığı doğrulandı. 1 mW sıcaklık değişimine neden olur 0.02 0,75°C'ye kadar, bu nedenle platin direnç PT100'ün akımını azaltmak aynı zamanda sıcaklık değişimini de azaltabilir. Fakat, eğer akım çok küçükse, gürültü girişimine karşı hassastır, bu yüzden genellikle alınır 0.5 ile 2 mA, böylece sabit akım kaynağı akımı 1mA sabit akım kaynağı olarak seçilir.

Seçilen çip, sabit voltaj kaynağı çipi TL431'dir., ve daha sonra mevcut negatif geri besleme, onu sabit bir akım kaynağına dönüştürmek için kullanılır. Devre şekilde gösterilmiştir:

Direnç PT100'ün sabit akım kaynağı devresi toplama şeması

Operasyonel amplifikatör CA3140, mevcut kaynağın yük kapasitesini artırmak için kullanılır, ve çıkış akımı için hesaplama formülü şu şekildedir::
Resim açıklamasını buraya ekleyin Direnç bir olmalıdır 0.1% hassas direnç. Nihai çıkış akımı 0,996mA, yani, doğruluk 0.4%.
Sabit akım kaynağı devresi aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
Sıcaklık kararlılığı: Sıcaklık ölçüm ortamımız 0-100°C olduğundan, akım kaynağının çıkışı sıcaklığa duyarlı olmamalıdır. Ve TL431 son derece düşük bir sıcaklık katsayısına ve düşük sıcaklık sapmasına sahiptir.

İyi yük düzenlemesi: Mevcut dalgalanma çok büyükse, okuma hatalarına neden olur. Teorik analize göre. Giriş voltajı 100-138,5mV arasında değiştiği için, 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 değişimi sırasında akımdaki değişim 0,000278mA'den az olmalıdır. Gerçek simülasyonda, mevcut kaynak temelde değişmeden kalır.

3. AD623 toplama devresi çözümü
Prensip yukarıdaki köprü ölçüm prensibine atıfta bulunabilir..
Düşük sıcaklık kazanımı:

AD620, PT100 toplama çözümünün yüksek sıcaklığını ölçer (150°)

Yüksek sıcaklık kazanımı
Resim açıklamasını buraya ekleyin

4. AD620 toplama devresi çözümü
Yüksek sıcaklık için AD620 PT100 toplama çözümü (150°):

AD620, düşük sıcaklıkta PT100 toplama çözümünü ölçer (-40°)

Düşük sıcaklıklar için AD620 PT100 toplama çözümü (-40°):

AD620, oda sıcaklığında PT100 toplama şemasını ölçer (20°)

Oda sıcaklığına yönelik AD620 PT100 toplama çözümü (20°):

PT100 sensörü yüksek sıcaklık toplama devresi

5. PT100 ve PT1000 sensörlerinin parazit önleyici 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 kontrolünden ve motorun yüksek hızda dönmesinden kaynaklanan yüksek frekanslı bozulmalar.

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, parazit, cihaz amplifikatörü tarafından düzeltildikten sonra DC çıkış ofset hatasına dönüştürülebilir, ölçüm doğruluğunu etkileyen.

5.1 Havacılık havadan PT1000 toplama devresi
Belirli bir havacılıkta anti-elektromanyetik girişim için havadaki PT1000 toplama devresinin tasarımına bakın..

PT100 sensörü için AD623 toplama devre şeması

Toplama devresinin en dış ucuna bir filtre yerleştirilmiştir. PT1000 toplama ön işleme devresi, havadaki elektronik ekipman arayüzlerinin anti-elektromanyetik girişim ön işlemesi için uygundur; özel devre:
+15V giriş voltajı, bir voltaj regülatörü aracılığıyla +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağına dönüştürülür. +5V yüksek hassasiyetli voltaj kaynağı doğrudan R1 direncine bağlanır, ve R1 direncinin diğer ucu iki yola bölünmüştür. Biri op amp'in faz içi giriş ucuna bağlanır, diğeri ise T tipi filtre S1 aracılığıyla PT1000 direncinin A ucuna bağlanır.. 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, diferansiyel voltaj girişi 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 girişi 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. PT1000'in kesin direnç değeri, D ve E üzerindeki diferansiyel voltajın ölçülmesiyle 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 girişine bağlı, ve diğeri T tipi filtre S1 aracılığıyla PT1000 direncinin A ucuna 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. RFI filtresi giriş sinyalinin alçak geçiren filtrelemesini tamamlar, ve filtrelenen nesneler, giriş diferansiyel sinyalinde taşınan diferansiyel mod girişimini ve ortak mod girişimini içerir. Giriş sinyalinde taşınan ortak mod girişiminin ve diferansiyel mod girişiminin ‑3dB kesme frekansının hesaplanması formülde gösterilmektedir.:

Havacılık havadan PT1000 toplama devresi

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, M± 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.

3-tel Sınıf B yüksek endüstriyel sıcaklık kontrolü PT100 platin termal direnç sıcaklık sensörü

K-E tipi sıkıştırma yayı termokupl, pt100 sıcaklık sensörü probu

Transformatör sıcaklık ölçümü için yüksek hassasiyetli PT100 sıcaklık sensörü

5.2 T tipi filtre
Resim açıklamasını buraya ekleyin
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.