Giải pháp mạch thu nhiệt độ PT100/PT1000

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Điện trở nhiệt kim loại như niken, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change in resistance with temperature. Bạch kim có các đặc tính vật lý và hóa học ổn định nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistor Pt100 is -200～850 ℃. Ngoài ra, the temperature measurement ranges of Pt500, PT1000, vân vân. được giảm liên tiếp. PT1000, temperature measurement range -200～420 ℃. Theo tiêu chuẩn quốc tế IEC751, Các đặc tính nhiệt độ của điện trở bạch kim PT1000 đáp ứng các yêu cầu sau đây:

Đường cong đặc trưng nhiệt độ PT1000

Theo đường cong đặc trưng nhiệt độ PT1000, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (như trong hình 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 Bảng thay đổi điện trở nhiệt độ PT100

Bảng thay đổi điện trở nhiệt độ PT100

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Các giải pháp mạch thu nhận thường được sử dụng

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

Single-chip AD port direct acquisition
Phạm vi đầu ra của mạch đo nhiệt độ là 0 ~ 3,3V, PT1000 (Giá trị điện trở PT1000 thay đổi rất nhiều, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 phù hợp hơn để đo nhiệt độ quy mô lớn).

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

Cách đơn giản nhất là sử dụng phương pháp phân chia điện áp. 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, Và 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. Điện áp đầu ra có thể được chọn theo điện áp tham chiếu cần thiết. Tất nhiên rồi, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, nó không thể vượt quá 3V/3,3V.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
Tất nhiên rồi, 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.
Ví dụ, 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. Nhớ, Điện áp đầu ra được tính toán lý thuyết không thể vượt quá +5V. Nếu không thì, it will cause damage to the MCU.

2.3 Phép đo cầu được sử dụng phổ biến nhất
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, trong đó R11 = R13 = 10k, R12=1000R precision resistors. Khi giá trị điện trở của PT1000 không bằng giá trị điện trở của R12, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Tín hiệu chênh lệch điện áp này được khuếch đại bởi mạch khuếch đại thiết bị và đầu ra tín hiệu điện áp mong muốn. 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

Nguyên tắc đo sức đề kháng của mạch này:
1) PT1000 là một nhiệt điện trở. Khi nhiệt độ thay đổi, the resistance changes basically linearly.
2) Tại 0 độ, Điện trở của PT1000 là 1kΩ, Sau đó, UB và UA bằng nhau, đó là, Uba = ub – Làm = 0.
3) Giả sử rằng ở một nhiệt độ nhất định, Điện trở của PT1000 là 1,5kΩ, Sau đó, UB và UA không bằng nhau. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – LÀM > 0.
4) OP07 là bộ khuếch đại hoạt động, and its voltage gain A depends on the external circuit, trong đó a = r2/r1 = 17.5.
5) Điện áp đầu ra UO của OP07 = UBA * MỘT. Vì vậy, nếu chúng ta sử dụng vôn kế để đo điện áp đầu ra của OP07, Chúng ta có thể suy ra giá trị của UAB. Vì ua là một giá trị đã biết, Chúng ta có thể tính thêm giá trị của UB. Sau đó, using the voltage division principle, Chúng ta có thể tính toán giá trị điện trở cụ thể của PT1000. Quá trình này có thể đạt được thông qua tính toán phần mềm.
6) Nếu chúng ta biết giá trị điện trở của PT1000 ở bất kỳ nhiệt độ nào, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Nguồn hiện tại không đổi
Do tác dụng tự làm nóng của điện trở nhiệt, the current flowing through the resistor should be as small as possible. Nói chung là, the current is expected to be less than 10mA. Nó đã được xác minh rằng sự tự làm nóng của điện trở bạch kim PT100 của 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Vì thế, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Tuy nhiên, Nếu dòng điện quá nhỏ, nó dễ bị nhiễu tiếng ồn, so the value is generally 0.5-2 ma, Vì vậy, dòng điện dòng không đổi được chọn làm nguồn không đổi 1mA.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Mạch được hiển thị trong hình

Trong số đó, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, và công thức tính toán cho dòng đầu ra là:

The resistor should be a 0.1% Điện trở chính xác. Dòng sản lượng cuối cùng là 0,996mA, đó là, Độ chính xác là 0.4%.

Mạch nguồn hiện tại không đổi nên có các đặc điểm sau

Select the constant voltage source chip TL431

Sự ổn định nhiệt độ: Vì môi trường đo nhiệt độ của chúng tôi là 0-100, đầu ra của nguồn hiện tại không được nhạy cảm với nhiệt độ. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Quy định tải tốt: Nếu gợn hiện tại quá lớn, nó sẽ gây ra lỗi đọc. Theo phân tích lý thuyết, since the input voltage varies between 100-138.5mV, và phạm vi đo nhiệt độ là 0-100, Độ chính xác đo nhiệt độ là ± 1 độ Celsius, Vì vậy, điện áp đầu ra sẽ thay đổi 38,5/100 = 0,385mV cho mỗi 1 tăng nhiệt độ môi trường. Để đảm bảo rằng sự biến động hiện tại không ảnh hưởng đến độ chính xác, Xem xét trường hợp cực đoan nhất, Tại 100 độ C., Giá trị điện trở của PT100 phải là 138,5R. Sau đó, gợn sóng hiện tại phải nhỏ hơn 0,385/138,5 = 0,000278MA, đó là, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. Trong mô phỏng thực tế, Nguồn hiện tại về cơ bản vẫn không thay đổi.
3. Giải pháp mạch thu nhận AD623

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Nguyên tắc có thể đề cập đến nguyên tắc đo cầu trên.
Thu nhận nhiệt độ thấp:

Thu nhận nhiệt độ cao

4. Giải pháp Mạch thu nhận AD620

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

Thu nhận nhiệt độ trong một số phức tạp, môi trường khắc nghiệt hoặc đặc biệt sẽ bị can thiệp lớn, Chủ yếu bao gồm EMI và REI.

Ví dụ, Trong việc áp dụng thu nhận nhiệt độ động cơ, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Ngoài ra còn có một số lượng lớn các kịch bản kiểm soát nhiệt độ bên trong các phương tiện hàng không và hàng không vũ trụ, Đo lường và kiểm soát hệ thống điện và hệ thống kiểm soát môi trường nào. Lõi của kiểm soát nhiệt độ là đo nhiệt độ. Vì điện trở của nhiệt điện trở có thể thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ, Sử dụng điện trở bạch kim để đo nhiệt độ là phương pháp đo nhiệt độ chính xác cao hiệu quả. Các vấn đề chính như sau:
1. Điện trở trên dây dẫn dễ dàng được giới thiệu, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác đo của cảm biến;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường.
5.1 Mạch thu nhận PT1000 trong không khí hàng không

Mạch thu nhận PT1000 trong không khí hàng không

Tham khảo thiết kế của mạch thu thập PT1000 trong không khí để có sự can thiệp chống điện cực trong một ngành hàng không nhất định.

Một bộ lọc được đặt ở đầu ngoài cùng của mạch mua lại. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
Điện áp đầu vào +15V được chuyển đổi thành nguồn điện áp có độ chính xác cao +5V thông qua bộ điều chỉnh điện áp, 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, một kết nối với đầu vào trong pha của OP amp, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. Đầu ra của OP amp được kết nối với đầu vào đảo ngược để tạo thành một người theo dõi điện áp, và đầu vào đảo ngược được kết nối với cổng mặt đất của bộ điều chỉnh điện áp để đảm bảo rằng điện áp ở đầu vào trong pha luôn bằng không. Sau khi đi qua bộ lọc S2, Một đầu A của điện trở PT1000 được chia thành hai đường dẫn, 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. Sau khi đi qua bộ lọc S3, Đầu khác B của điện trở PT1000 được chia thành hai đường dẫn, 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 và E được kết nối thông qua tụ C3, D được kết nối với AGND thông qua tụ C1, và E được kết nối với AGND thông qua tụ C2; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

Điện áp đầu vào +15V được chuyển đổi thành nguồn điện áp có độ chính xác cao +5V thông qua bộ điều chỉnh điện áp. +5V được kết nối trực tiếp với R1. Đầu kia của R1 được chia thành hai đường dẫn, 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. Đầu ra của OP amp được kết nối với đầu vào đảo ngược để tạo thành một người theo dõi điện áp, và đầu vào đảo ngược được kết nối với cổng mặt đất của bộ điều chỉnh điện áp để đảm bảo rằng điện áp ở đầu vào đảo ngược luôn bằng không. Tại thời điểm này, dòng điện chảy qua R1 là một hằng số 0,5mA. Bộ điều chỉnh điện áp sử dụng AD586TQ/883B, và OP amp sử dụng OP467A.

Sau khi đi qua bộ lọc S2, Một đầu A của điện trở PT1000 được chia thành hai đường dẫn, một qua điện trở R4 làm đầu vào điện áp vi sai D, và một qua điện trở R2 đến AGND; after passing through the S3 filter, Đầu khác B của điện trở PT1000 được chia thành hai đường dẫn, một qua điện trở R5 làm đầu vào điện áp vi sai E, và một qua điện trở R3 đến AGND. D và E được kết nối thông qua tụ C3, D được kết nối với AGND thông qua tụ C1, và E được kết nối với AGND thông qua tụ C2.
Điện trở của R4 và R5 là 4,02k ohms, Điện trở của R1 và R2 là 1M ohms, Điện dung của C1 và C2 là 1000pf, và điện dung của C3 là 0,047uf. R4, R5, C1, C2, và C3 cùng nhau tạo thành một mạng bộ lọc RFI, 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. Việc tính toán tần số cắt ‑3DB của nhiễu chế độ chung và nhiễu chế độ vi sai được thực hiện trong tín hiệu đầu vào được hiển thị trong công thức:

Thay thế giá trị điện trở thành tính toán, Tần số cắt chế độ chung là 40kHz, và tần số cắt chế độ khác biệt là 2,6kHz.
Điểm cuối b được kết nối với AGND thông qua bộ lọc S4. Trong số đó, Các thiết bị đầu cuối mặt đất từ ​​S1 đến S4 đều được kết nối với mặt đất che chắn máy bay. Vì dòng điện chảy qua PT1000 là 0,05mA đã biết, Giá trị điện trở chính xác của PT1000 có thể được tính bằng cách đo điện áp vi sai ở cả hai đầu của D và E.
S1 đến S4 Sử dụng các bộ lọc loại T, Mô hình GTL2012X - 103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. Mạch này giới thiệu các bộ lọc thông thấp đến các đường giao diện bên ngoài và thực hiện lọc RFI trên điện áp vi sai. Là một mạch tiền xử lý cho PT1000, nó loại bỏ hiệu quả sự can thiệp bức xạ điện từ và RFI, trong đó cải thiện đáng kể độ tin cậy của các giá trị được thu thập. Ngoài ra, Điện áp được đo trực tiếp từ cả hai đầu của điện trở PT1000, loại bỏ lỗi gây ra bởi điện trở chì và cải thiện độ chính xác của giá trị điện trở.

5.2 Bộ lọc loại T.
Bộ lọc loại T bao gồm hai cuộn cảm và tụ điện. Cả hai đầu của nó có trở kháng cao, và hiệu suất mất chèn của nó tương tự như bộ lọc loại π, Nhưng nó không dễ bị “đổ chuông” và có thể được sử dụng trong các mạch chuyển đổi.