PT100 Termal Direnç Sensörünün Sıcaklık Ölçüm Sistemi

2-tel, 3-tel veya 4 telli PT100, Pt500, PT1000 sensörleri, yüksek doğruluğa sahip platin elemanlarına dayanan sıcaklık sensörleridir, istikrar ve doğrusallık, ve doğru sıcaklık ölçümü gerektiren alanlarda yaygın olarak kullanılır. A “PT100 Termal Direnç Sıcaklığı Ölçüm Sistemi” PT100 sensörü kullanan bir sistemi ifade eder, Bir tür direnç sıcaklığı dedektörü (RTD), sıcaklık ile doğru orantılı olan elektrik direncindeki değişiklikleri tespit ederek sıcaklığı ölçmek; “PT” platin anlamına gelir, Ve “100” sensörün bir direnci olduğunu gösterir 100 0 ° C'de ohm, geniş bir aralıkta sıcaklık ölçümü için son derece doğru ve kararlı bir yöntem haline getiriyor.

Platin dirençler orta sıcaklık aralığında yaygın olarak kullanılmaktadır. (-200~650°C). Şu anda, Piyasada metal platinden yapılmış standart sıcaklık ölçen termal dirençler bulunmaktadır., Pt100 gibi, Pt500, Pt1000, vesaire.

PT100'ün çalışma ilkesini anlayın: PT100, PT dirençinin bir sıcaklık sensörüdür. Çalışma prensibi, dirençin termal etkisine dayanmaktadır.. Direnç değeri sıcaklık değişimi ile değişir. Bu değişiklik doğrusaldır. 0 ℃, PT100'ün direnç değeri 100 ohm. Sıcaklık arttıkça, Direnç değeri de buna göre artar, Böylece sıcaklık, direnç değerini ölçerek doğru bir şekilde çıkarılabilir.

Yüksek hassasiyetli 4 telli A Sınıfı PT100 sıcaklık ölçüm sistemi

2-TEL PT100 Platin Direnç Sıcaklık Kontrol Probu Sıcaklık Ölçüm Sistemi

3-Tel PT100 Termal Direnç Sensörü Sıcaklık Ölçüm Sistemi

Uygun kablolama yöntemini seçin: Genel olarak, 2-tel, 3-Tel veya 4 telli kablolama yöntemleri kullanılabilir.

Köprünün voltaj sinyali çıkışı

Bir PT100 sistemi hakkında anahtar noktalar:
Sensör prensibi:
PT100 sensörü, elektrik direnci sıcaklık dalgalanmaları ile tahmin edilebilecek bir platin telden yapılmıştır..

Ölçüm yöntemi:
PT100'den bir akım geçtiğinde, Sensör üzerindeki voltaj düşüşü ölçülür, daha sonra direnç ve sıcaklık arasındaki bilinen ilişkiye dayanarak sıcaklığa dönüştürülür.

Geniş Uygulama:
PT100 sensörleri endüstriyel işlemlerde yaygın olarak kullanılır, laboratuvarlar, ve yüksek doğruluk ve stabilite nedeniyle kesin sıcaklık ölçümünün gerekli olduğu diğer uygulamalar.

Bir PT100 sisteminin bileşenleri:
PT100 Sensör Probu:
Gerçek algılama elemanı, Tipik olarak bir seramik çekirdeğin etrafına sarılmış bir platin tel, ölçülecek çevreye eklenen.

Sinyal Koşullandırma Devresi:
PT100'den küçük direnç değişimini güçlendiren ve dönüştüren elektronikler ölçülebilir bir voltaj sinyaline dönüştüren elektronikler.

Görüntüleme veya veri toplama sistemi:
Ölçülen sıcaklığı görüntüleyen veya analiz için verileri depolayan cihaz.

PT100 sistemi kullanmanın faydaları:
Yüksek doğruluk:　Mevcut en doğru sıcaklık sensörlerinden biri olarak kabul edildi.
Geniş sıcaklık aralığı:　Sensör tasarımına bağlı olarak -200°C ile 850°C arasındaki sıcaklıkları ölçebilir.
İyi doğrusallık:　Direnç ve sıcaklık arasındaki ilişki çok doğrusaldır, kolay veri yorumlaması yapmak.
Kararlılık:　Platinum çok kararlı bir malzemedir, Zaman içinde tutarlı okumaların sağlanması.

PT100 Termal Direnç İndeksleme Tablosu

PT100 platin dirençinin üç kablolama yöntemi prensipte farklıdır: 2-Tel ve 3 tel, köprü yöntemi ile ölçülür, ve sıcaklık değeri ve analog çıkış değeri arasındaki ilişki sonunda verilir. 4-telin köprü yok. Tamamen sabit akım kaynağı tarafından gönderilir, voltmetre ile ölçülür, ve son olarak ölçülen direnç değerini verir, hangi zor ve kullanımı maliyetli.
Çünkü PT100 küçük bir direnç değerine ve yüksek hassasiyete sahiptir, Kurşun telin direnç değeri göz ardı edilemez. 3 telli bağlantının kullanımı, kurşun hattı direncinin neden olduğu ölçüm hatasını ortadan kaldırabilir.
2 telli sistemin düşük ölçüm doğruluğuna sahip; 3 telli sistem daha iyi doğruluğa sahiptir; 4 telli sistem yüksek ölçüm doğruluğuna sahiptir, ancak daha fazla kablo gerektirir.

Sadece köprünün voltaj sinyali çıkışına dayanarak PT100'ün sıcaklık durumunu bilmemiz gerekiyor. PT100'ün direnç değeri Rx'in direnç değerine eşit olmadığında, Köprü bir diferansiyel basınç sinyali çıkarır, hangisi çok küçük. Sıcaklık sensörünün çıkış sinyali genellikle çok zayıf olduğundan, Onu yükseltmek veya iletilmesi kolay bir forma dönüştürmek için bir sinyal koşullandırma ve dönüşüm devresi gerekir, işlem, Kayıt ve Görüntüle. Ölçülen sinyal miktarındaki hafif değişikliğin bir elektrik sinyaline dönüştürülmesi gerekir. DC sinyalini yükseltirken, OP AMP'nin OP AMP'den geçerken kendi kendini sürüklemesi ve dengesiz voltajı göz ardı edilemez. Amplifikasyondan sonra, İstenen boyutta bir voltaj sinyali çıktı olabilir.
Platin dirençinin direnç değeri devre hesaplaması veya multimetre ölçümü ile elde edilebilir. PT100'ün direnç değerini bildiğimizde, Sıcaklığı direnç değerine göre ölçebilir ve hesaplayabiliriz.

Veri işleme için uygun algoritmaları kullanın: Programlama yoluyla sıcaklığı hesaplamak için bilinen sıcaklık ve direnç ilişkisini kullanın. PT100'ün direnç-sıcaklık ilişkisinin doğrusal olmadığı düşünüldüğünde, özellikle düşük veya yüksek sıcaklık alanlarında, Doğruluğu artırmak için daha karmaşık algoritmalar gerekebilir.

Çevresel faktörlerin etkisi: Performans, elektromanyetik girişim gibi çevresel faktörlerden etkilenebilir, mekanik titreşim, ve nem.

Üç yaygın sıcaklık ölçüm hesaplama yöntemi vardır:
Sıcaklık ölçüm hesaplama yöntemi 1:
Tam sıcaklık gerekmediğinde, PT100 termal dirençinin direnç değerindeki her ohm artışı için sıcaklık 2,5 ℃ artacak (düşük sıcaklıklarda kullanılır). PT100 sıcaklık sensörünün direnç değeri 100 0 ℃ olduğunda, Yani şu anda yaklaşık sıcaklık = (PT100 Direnç Değeri 100)*2.5.

Sıcaklık ölçüm hesaplama yöntemi 2:
Platin dirençinin direnç değeri ve sıcaklığı arasındaki ilişki

0 ～ 850 ℃ aralığında: RT = R0(1+AT+BT2);

-200 ～ 0 ℃ aralığında: RT = R0[1+AT+BT2+C(t-100)3];

RT, T ℃ sıcaklığındaki platin dirençinin direnç değerini temsil eder;

R0, platin dirençinin sıcaklıkta direnç değerini temsil eder.;

A, B, C sabittir, A = 3.96847 × 10-3/℃; B = -5.847 × 10-7/℃; C = -4.22 × 10-12/℃;

Yukarıdaki ilişkiyi karşılayan termal direnç için, Sıcaklık katsayısı yaklaşık 3.9 × 10-3/℃.

Yukarıdaki formül aracılığıyla, Sıcaklık, direnç değerine göre doğru bir şekilde çözülebilir, ancak bu yöntemin büyük miktarda hesaplanması nedeniyle, Bu deney için önerilmez.

Sıcaklık Hesaplama Yöntemi Üç:
PT100, sıcaklık ile iyi bir doğrusal ilişkiye sahiptir ve orta ve düşük sıcaklıklı sıcaklık ölçümü için uygundur. PT100'ün farklı sıcaklıklarda direnç değeri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bire bir karşılık gelen ölçüm ölçeğine sahiptir., farklı sıcaklıklar ile PT100 direnç değeri arasındaki karşılık gelen ilişkiyi sezgisel olarak gösterebilir.
Sıcaklık, karşılık gelen direnç değerini PT100 ölçeğinden kontrol ederek bilinebilir.

PT100 Termal Direnç Ölçeği

Bu makalede tasarlanan PT100 sıcaklık ölçüm cihazı, aygıt güç kaynağı devresinin ve üç op-op-amptroum amplifikatör devresi tasarımını tamamlamak için yaygın olarak kullanılan düşük maliyetli dört yönlü operasyonel amplifikatör LM324 kullanıyor..

1.1 Voltaj kaynak devresi

PT100 Termal Direnç Sensörü Voltaj Kaynak Devresi

Şekildeki devre 1 yaygın bir orantılı operasyonel devre. Doğrusal bölgede çalışan ideal operasyonel amplifikatörün analizine göre, Sanal kısa ve sanal mola ilkesine göre, elde edilir:

Wheatstone Köprüsü Hesaplama Devre Formülü

​, o zaman kapalı döngü voltaj amplifikasyon faktörü 2 kez, ve sonra V = 10V elde edilir, ve Wheatstone Köprüsü devresinin kararlı güç kaynağı voltajı olarak kullanılır.

1.2 Wheatstone Köprüsü ve PT100'in üç telli bağlantısı.
Yukarıdaki figür bir buğday taşı köprüsüdür. Köprünün dengelenmesi durumu, B ve D noktalarının potansiyellerinin eşit olmasıdır.. Yani köprü dengeli olduğunda, R1 kadar uzun, R2 (Genellikle sabit değerler) ve R0 (Genellikle ayarlanabilir değerler) okundu, ölçülecek direnç RX elde edilebilir. R1/R2 = m, isminde “çarpan”.

Wheatstone Köprüsü ve PT100 Üç telli bağlantı yöntemi

PT100 sıcaklık ölçüm ilkesine göre, PT100'ün direnç değerinin doğru bir şekilde bilinmesi gerekiyor, Ancak direnç değeri doğrudan ölçülemez, Yani bir dönüşüm devresi gerekli. Direnç değeri, mikrodenetleyici tarafından tespit edilebilen bir voltaj sinyaline dönüştürülür”. Wheatstone Köprüsü devresi, direnci doğru bir şekilde ölçebilen bir alettir. Şekilde gösterildiği gibi 2, R1, R2, R3, ve R4 sırasıyla köprü kollarıdır. Köprü dengeli olduğunda, R1xr3 = r2xr4 memnun. Köprü dengesiz olduğunda, A ve B noktaları arasında bir voltaj farkı olacaktır.. A ve B noktalarının voltajına göre, karşılık gelen direnç hesaplanabilir. Bu, dengesiz bir köprü ile direnci ölçme prensibi:

PT100 Üç telli devre bağlantı yöntemi

Aslında, PT100'ün küçük direnci ve yüksek hassasiyeti nedeniyle, Kurşun telin direnci hatalara neden olur. Öyleyse, Bu hatayı ortadan kaldırmak için üç telli bağlantı yöntemi genellikle endüstride kullanılır. Şeklin noktalı kısmında gösterildiği gibi 2, Kurşun tel direnci değeri eşittir ve r. Şu anda, Köprü kolları r olur, R, R+2R, ve RT+2R. Köprü dengeli olduğunda: R2. (R1+2R) = R1.(R3+2R), sıralanmış: RT = R1R3/ R2+2 R1R/ R2- 2R. Analiz, R1 = R2 olduğunda, Tel direncindeki değişikliğin ölçüm sonucu üzerinde bir etkisi yoktur.

1.3 Üç OP-AMP enstrümantasyon amplifikatör devresi
Sıcaklık 0 ℃ 100 ℃ değiştiğinde, PT100'ün direnci, 100Ω ~ 138.51Ω aralığında yaklaşık doğrusal olarak değişir. Yukarıdaki köprü devresine göre, Köprü 0'da dengelenmiştir, Dolayısıyla, köprü çıkış voltajının teorik değeri 0 V, Ve sıcaklık 100 olduğunda, Köprü çıkışı: UAB = U7X(R1/(R1+ R2)-R3/(R2 + R3)), yani, UAB = 10x(138.51/(10000 + 138.51)-100/(10000 + 100)) = 0.037599v. Bu bir Millivolt sinyali olduğundan, AD çipi tarafından tespit edilebilir hale getirmek için bu voltajı yükseltmek gerekir..

Şekilde gösterildiği gibi 3, Enstrümantasyon amplifikatörü, gürültülü bir ortamda küçük sinyalleri yükselten bir cihazdır.. Düşük sürüklenme gibi bir dizi avantajı var, düşük güç tüketimi, yüksek ortak mod ret oranı, Geniş güç kaynağı aralığı ve küçük boyut. Daha büyük ortak mod sinyallerine yerleştirilen diferansiyel küçük sinyallerin özelliklerini kullanır, ortak mod sinyallerini kaldırabilir ve aynı anda diferansiyel sinyalleri yükseltebilir. Standart üç-op-amp enstrümantasyon amplifikatör devresinin çıkış voltajı, burada r8 = r10 = 20 kΩ, R9 = r11 = 20 kΩ, R4 = R7 = 100KΩ, giriş voltaj sinyalini yaklaşık olarak yükseltebilir 150 kez, böylece köprünün teorik çıkış voltajı, 0 ~ 2.34 V. Ama bu sadece teorik bir değer. Gerçek süreçte, Direnç değişikliklerine neden olabilecek birçok faktör var. Öyleyse, R3, devre sıfırlamayı kolaylaştırmak için hassas ayarlanabilir bir direnç ile değiştirilebilir.

PT100 Sensör Üç O-OP AMP AÇIM AMPLIFICICICUICUK

2. Yazılım tasarımı

2.1 En küçük kareler yöntemi ve PT100 doğrusal bağlantı noktası

0 ℃ ≤t850 ℃ sıcaklık aralığında, PT100 direnci ve sıcaklık arasındaki ilişki: R = 100 (1 +AT+BT2), nerede a = 3.90802x 10-3; B =- -5.80X 10-7; C = 4.2735 x 10-12

PT100 ve sıcaklığın direncinin mutlak bir doğrusal ilişki değil, bir parabol olduğu görülebilir.. Öyleyse, T çıkarılacaksa, Kare Kök İşlemi Gerekir, daha karmaşık bir işlev işlemi getirir ve tek çipli mikrobilgisayarın büyük miktarda CPU kaynağını kaplar. Bu sorunu çözmek için, Sıcaklık ve direnç arasındaki ilişkiye doğrusal olarak uyacak en küçük kareler yöntemini kullanabiliriz.. ” En küçük kareler eğrisi, deneysel veri işleme için yaygın bir yöntemdir. İlkesi, orijinal verilerle kare hataların toplamını en aza indirmek için bir polinom fonksiyonu bulmaktır..

2.2 AD Dijital Dönüşüm Sıcaklığı
PT100 sıcaklık ölçüm prensibi, direnç değerine göre sıcaklık değerini elde etmektir., Bu nedenle termal dirençin direnç değeri önce belirlenmelidir. Donanım devresine göre, Köprü devresinin çıkış voltajı UAB ile OP AMP cihaz amplifikatör devresinin çıkış voltajı UAD arasındaki ilişki: Nod = jav. AUF çünkü sistem 12 bitlik bir reklam çipi kullanıyor, dijital miktar ve analog miktar arasındaki ilişki: UAD/AD = 5/4096. Köprü çıkış voltajı ile dijital miktar reklamı arasındaki ilişki, önceki iki denklemin birleştirilmesiyle elde edilebilir, yani, UAD/AD = 5/(4096Açık). Daha sonra, Köprü çıkış voltajı ifadesine yerleştirilir UAB = U7X (RT/ (R1+RT) -R3/ (R2+R3) ), ve RR ifadesi ve dijital miktar reklamı elde edilebilir. Çözüm:

AD Dijital Dönüşüm Sıcaklığı Formülü

PT100'ün direnç değerini bildikten sonra, Karşılık gelen sıcaklık değeri, bölümdeki doğrusal montaj denklemine göre elde edilebilir 2.1.

2.3 Tek çip dijital filtreleme
PT100'ün sıcaklık ölçüm doğruluğunu artırmak için, Yazılım programlamasına bir dijital filtreleme programı eklenebilir, donanım devrelerinin eklenmesini gerektirmez ve sistemin istikrarını ve güvenilirliğini artırabilir. Tek çipli mikrobilgisayar uygulama sisteminde birçok filtreleme yöntemi var. Belirli bir seçim yaparken, Filtreleme yönteminin ve geçerli nesnelerin avantajları ve dezavantajları analiz edilmeli ve karşılaştırılmalıdır., uygun filtreleme yöntemini seçmek için. Medyan ortalama filtreleme yönteminin algoritması, önce sürekli olarak n verileri toplamaktır, Ardından minimum bir değeri ve maksimum değeri kaldırın, ve son olarak kalan verilerin aritmetik ortalamasını hesaplayın. Bu filtreleme yöntemi, yavaşça değişen parametreleri ölçmek için uygundur, sıcaklık gibi, ve kazara faktörlerin neden olduğu dalgalanmaların veya örnekleyici instabilitesinin neden olduğu hataların neden olduğu paraziti etkili bir şekilde azaltabilir.

Sistem çalışma süreci:
Ölçülen nesnenin sıcaklığı değiştiğinde, PT100 değişimlerinin direnci, Ve buğday taşı köprüsü, karşılık gelen bir voltaj sinyali çıkaracak. Bu sinyal, PT100 direncinin bir fonksiyonudur.. Bu Millivolt sinyali, üç op-amp enstrümantasyon amplifikatörü ile güçlendirilir ve AD çipine gönderilir, analog miktarı dijital miktara dönüştürür ve mikrodenetleyici tarafından okunur. Mikrodenetleyici, çipi reklam çipinden okur ve filtreleme programını yürütür, Kararlı dijital miktarı hesaplama yoluyla PT100 direncine dönüştürmek. Mikrodenetleyici, geçerli sıcaklık değerini hesaplamak için direnç değerinin boyutuna göre karşılık gelen takılı doğrusal modeli seçecektir., ve son olarak LCD ekranındaki sıcaklık verilerini görüntüleyin.