Sıcaklık Edinimi 2, 3, ve 4 Telli PT100 Sıcaklık Sensörleri

Makale nasıl olduğunu açıklıyor 2, 3, ve 4 telli PT100 sensörleri direnç değişiklikleriyle voltaj sinyallerine dönüştürülür, Sensörü korumak ve sinyal dönüşümünün doğruluğunu sağlamak için sabit bir akım kaynağı kullanılır. Bir PT100 sensörü, elektrik direncindeki değişimi ölçerek sıcaklığı elde eder, maruz kaldığı sıcaklıkla doğrudan ilişkilidir; sıcaklık arttıkça, sensör içindeki platin elemanın direnci de artar, Bu direnç değişikliğine dayalı olarak sıcaklığın kesin bir şekilde hesaplanmasına olanak tanır; esasen, the “100” PT100, sensörün direncine sahip olduğunu belirtir 100 0°C'de ohm, ve bu değer sıcaklık dalgalanmalarına göre tahmin edilebileceği gibi değişir. MCP604 operasyonel amplifikatörün devre tasarımında uygulanması, düşük giriş ofset voltajı ve ön akım akımı gibi özelliklerinin doğruluk üzerindeki etkisini vurgular. Devre tasarımında doğruluğu artırmak için yazılım kalibrasyonu kullanılır, Fiziksel uyumun getirdiği rahatsızlıktan kaçınmak. Nihayet, makale sıcaklık ve platin direnç değeri arasındaki ilişki formülünü veriyor, sıcaklık değerini hesaplamak için kullanılır.

2 telli PT100 sıcaklık sensörünün sıcaklık toplama tasarımı

Çin özel 3 telli PT100 sıcaklık sensörünün sıcaklık kazanımı

4 telli PT100 sıcaklık sensörünün sıcaklık ölçümü

PT100 sıcaklık ölçümüyle ilgili önemli noktalar:
Direnç Sıcaklık Dedektörü (RTD):
PT100 bir tür RTD'dir, yani elektrik direncindeki değişiklikleri tespit ederek sıcaklığı ölçer.
Platin elemanı:
PT100'deki algılama elemanı platinden yapılmıştır, direnç ve sıcaklık arasında çok kararlı ve doğrusal bir ilişki sergileyen.
Ölçüm süreci: Sensör sıcaklığın ölçülmesi gereken ortama yerleştirilir.
Platin elementin direnci özel bir elektronik devre kullanılarak ölçülür.
Ölçülen direnç değeri daha sonra platinin bilinen sıcaklık katsayısına dayalı bir matematiksel formül kullanılarak sıcaklığa dönüştürülür..

PT100 sensörlerinin avantajları:
Yüksek doğruluk: Platinin kararlı davranışı nedeniyle mevcut en doğru sıcaklık sensörlerinden biri olarak kabul edilir.
Geniş sıcaklık aralığı:　Sensör tasarımına bağlı olarak -200°C ile 850°C arasındaki sıcaklıkları ölçebilir.
İyi doğrusallık: Direnç ve sıcaklık arasındaki ilişki nispeten doğrusaldır, veri yorumlamayı basitleştirme.

Önemli hususlar:
Kalibrasyon: Doğru ölçümleri sağlamak için, PT100 sensörlerinin bir referans standardına göre düzenli olarak kalibre edilmesi gerekir.
Kurşun tel direnci: Bağlantı kablolarının direnci ölçüm doğruluğunu etkileyebilir, bu nedenle kurşun tel kompanzasyonunun doğru şekilde değerlendirilmesi çoğu zaman gereklidir.
Uygulama uygunluğu: Son derece doğru olmakla birlikte, PT100 sensörleri aşırı zorlu ortamlar veya çok hızlı yanıt süreleri gerektiren uygulamalar için uygun olmayabilir.

1. Sinyal ediniminin temel prensipleri
PT100 sıcaklık sinyallerini direnç çıkışlarına dönüştürür, ve direnç değeri arasında değişir 0 200Ω'a kadar. AD dönüştürücü yalnızca voltajı dönüştürebilir ve sıcaklığı doğrudan toplayamaz. Öyleyse, PT100'e güç sağlamak ve direnç değişikliklerini voltaj değişikliklerine dönüştürmek için 1mA sabit akım kaynağı gereklidir. Sabit akım kaynağı kullanmanın faydası sensörün ömrünü uzatabilmesidir. Giriş sinyali aralığı olduğundan 0 200mV'a kadar, elektrik sinyali verilerini elde etmek için sinyalin güçlendirilmesi ve ardından AD'nin dönüştürülmesi gerekir.

Sabit voltaj kaynağı tasarımının kullanılmamasının nedenleri:

Güç kaynağı için sabit bir voltaj kaynağı kullanılıyorsa, ve daha sonra direnç ve PT100 seri olarak bağlanır, ve voltaj bölünür, bir sorun var. PT100'ün direnci çok küçük olduğunda, PT100'den geçen akım çok büyük, daha kısa sensör ömrüne yol açar.

2. Op amp MCP604'ü kullanıyor
MCP604 özellikleri:
1) Voltage range is 2.7~6.0V
2) Output is Rail-to-Rail
3) Çalışma sıcaklığı aralığı: -40°C to +85°C
4) Input offset voltage is ±3mV, typical value is 1mV, yüksek hassasiyet.
5) Input bias current is 1pA, when TA = +85°C, I=20pA, improves acquisition accuracy.
6) Linear output voltage swing: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, unit is V.

When the power supply voltage is 3.3V, the linear output voltage swing is 0.1~3.2V. In order to ensure that the amplified signal works in the linear region, when VDD=3.3V, we set the MCP604 output voltage to remain at: 0.5V ~ 2.5V to meet the requirements of op amp circuit design.

The op amp in the analog electronics book is an ideal operational amplifier, which is different from the actual amplifier. Öyleyse, it is necessary to consider “input offset voltage”, “input bias current” Ve “linear output voltage swing” when designing.

3. Circuit diagram
Şekildeki R11, diferansiyel amplifikatör çıkışının son aşamasının doygunluk bozulmasından korunmasını sağlayan bir öngerilim devresidir.
1) Çıkış hatasını azaltmak için uygun bir amplifikasyon faktörü seçin. Giriş ofset voltajının varlığı nedeniyle, amplifikasyon faktörü arttığında, çıkış hatası da artacaktır, tasarımda dikkate alınması gerekenler.
2) Bu devrenin amplifikasyon faktörü 10. Tipik giriş ofset voltajının 3mV olduğunu varsayarsak, giriş sinyali 5mV olarak değişirse, 2mV yükseltilmeyecek, 20mV çıkış hatası üretecek.

MCP604 devre şemasını kullanan PT100 sıcaklık dedektörü op amp

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
ben=1mA, Vref=Vo3=1,65V
1.7V<=Vin<=1,9V, 1.7V<=V02<=1,9
1.8V<=Vo1<=2V, op amp'in doğrusal bölgede çalıştığından emin olun, bu çok önemli
0.5V<=Vo4<=2,5V, op amp'in doğrusal bölgede çalıştığından emin olun, bu nedenle seri olarak 50Ω'a ihtiyaç vardır.

Giriş direnci 1Ω değiştiğinde, Vout 10mV olarak değişir. MCP604'ün giriş kompanzasyon voltajı ±3mV olduğundan, 0.3333Ω'luk bir değişiklik olduğunda, 3.333mV değişim olacak, ve satın alma hassasiyeti yüksektir.
Ne zaman 0<=Rin<=200Ω giriş, döngü 50Ω ile seri olarak bağlandığından, 50Ah<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0,001, birim A

4. Yazılım kalibrasyonu
Yeni mühendisler her zaman dirençlerin doğruluğunu artırmaya çalışırlar, ancak hata hala büyük. Bazı mühendisler sürekli olarak ayarlanabilen dirençler kullanır, direnç değerlerini ayarlayın, ve çıktının aktarım ilişkisini karşılamasını sağlamak için multimetreler kullanın. Bu doğruluk iyileştirilmiş gibi görünüyor, ama üretime uygun değil, ve PCB tasarımının zorluğu da artıyor. Hata ayıklama tamamlansa bile, ayar vidasına elle dokunulursa, hatalara neden olabilir. Tek yol, üretim için sabit dirençler kullanmak ve doğru kalibrasyonun elde edilmesine yardımcı olacak yazılımı kullanmaktır..
1) Rin=0 olduğunda, bir voltaj değeri okuyun ve bunu V50 olarak kaydedin. V50'yi kaydet, Sabit bir akım kaynağından beslendiği için PT100 direnç değeri değiştiğinde değişmeyecektir..
2) Nominal direnci bağlayın, Rs=100Ω olsun, bir voltaj değeri okuyun ve bunu V150 olarak kaydedin. V150'i kaydet, Sıcaklık düştüğünde okunan voltaj değeri 0.
3) Mevcut amplifikasyon faktörünü hesaplayın: Io = (V150 – V50) / Rs; beni kurtar, kalibrasyonun yapıldığı anlamına gelir.
4) Giriş direnci R olduğunda, okunan voltaj Vo, o zaman R = (Vo- V50) / Io
Yukarıdaki açıklama aracılığıyla, yazılım kalibrasyonunun büyük avantajları vardır, sadece uygun üretim değil, ama aynı zamanda yüksek doğruluk. Doğruluğu arttırmak için, çıkış voltajı ayrıca birkaç aralığa bölünebilir, ayrı olarak kalibre edildi, ve farklı Io elde edilebilir, böylece çıktı doğrusallığı daha iyi olur. Bu fikirler tasarımıma yansıyor.

OP AMP MCP604 devre tasarımı

5. Sıcaklığı hesapla
Sıcaklık daha düşük olduğunda 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Sıcaklık bundan büyük veya eşit olduğunda 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
Tanım:
Rt, platin direncin t°C'deki direnç değeridir
R0, platin direncin 0°C 100Ω'daki direnç değeridir
A=3,9082×10^-3
B=-5.80195×10^-7
C=-4.2735×10^-12

6. Pt100 sıcaklık sensörü
Pt100 sıcaklık sensörü, pozitif sıcaklık katsayılı termistör sensörüdür, ve ana teknik parametreleri aşağıdaki gibidir:
1) Ölçüm sıcaklığı aralığı: -200°C ~ +850°C;
2) İzin verilen sapma değeri Δ°C: A Sınıfı ±(0.15+0.002|T|), B Sınıfı ±(0.30+0.005|T|);
3) Minimum yerleştirme derinliği: Termal direncin minimum yerleştirme derinliği ≥200 mm'dir;
4) İzin verilen akım: < 5mA;
5) Pt100 sıcaklık sensörü ayrıca titreşim direnci avantajlarına da sahiptir, iyi stabilite, yüksek doğruluk, ve yüksek basınç. Platin termal direnç iyi bir doğrusallığa sahiptir. Arasında geçiş yaparken 0 Ve 100 santigrat derece, maksimum doğrusal olmayan sapma 0,5°C'den azdır;
Ne zaman sıcaklık < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Sıcaklık ≥ olduğunda 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
Yukarıdaki ilişkiye göre, yaklaşık direnç aralığı: 18Ω~390.3Ω, -197°C 18Ω'dur, 850Ω 390,3Ω'dur;
Tanım:
Rt, platin direncin t°C'deki direnç değeridir, R0, platin direncin 0°C'deki direnç değeridir, 100Ah
A=3,9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12
PT100 platin metal sıcaklık sensörü kullanım kılavuzu
6) Devre tasarımı
7) PT100 sıcaklığı ve direnç arasındaki ilişki
PT100 sıcaklığı ve direnci aşağıdaki denklemi karşılar:
Sıcaklık ≤0 olduğunda, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Sıcaklık ≥0 olduğunda, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt =0

PT100 sıcaklık ve direnç karşılaştırma tablosu

Tanım:
Rt, platin direncin t°C'deki direnç değeridir, R0, platin direncin 0°C'deki direnç değeridir, 100Ah
A=3,9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12

1. Hesaplama kolaylığı açısından, sıcaklık ≤0 olduğunda, izin vermek:
çift ​​a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4,2735/100000
çift ​​b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4,2735/1000
çift ​​c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
çift ​​d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
çift ​​e= (100-Rt)*100000
Sıcaklık ≤ olduğunda 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
burada x3, 0°C'den küçük olduğunda PT100'ün çözümüdür.

2. Hesaplama kolaylığı için, sıcaklık bundan büyük veya eşit olduğunda 0
çift ​​a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
çift ​​b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
çift ​​c= (100-Rt)*100000
Sıcaklık ≥0 olduğunda, a*t^2 + sürtük + c =0
t = [ KARE( fahişe – 4*a*c )-B ] / 2 / A
19.785Ω -197°C'ye karşılık gelir, sıvı nitrojenin sıcaklığı
18.486Ω -200°C'ye karşılık gelir
96.085Ω -10°C'ye karşılık gelir
138.505Ω 100°C'ye karşılık gelir
175.845Ω 200°C'ye karşılık gelir
247.045Ω 400°C'ye karşılık gelir