3-PT100 电线测量解决方案 (热电阻) 传感器

PT100 3 线测量方案的 LTSpice 仿真 (热电阻) 传感器: Pt100是热电阻温度传感器, 全称是铂电阻 100 欧姆. 它由纯铂金制成, 当温度变化时其阻值按一定比例线性增加.

PT100, 铂热电阻全称, 是由铂制成的电阻式温度传感器 (铂), 其电阻值随温度变化. 这 100 PT后表示其阻值是 100 0℃欧姆, 其电阻值约为 138.5 100℃欧姆. 具有精度高的特点, 稳定性好, 抗干扰能力强, 其电阻与温度变化的关系为: R=R0(1+αT), 其中 α =0.00392, Ro为100Ω (0℃电阻值), T 是摄氏温度.

PT100耐温对应变化表

2. 进口pt100电阻
由于LTspice组件库中没有pt100, 我们需要手动导入pt100. 由于找不到pt100的spice文件, 我们这里进口滑动电阻作为替代品. 进口滑动电阻, 需要在LTspice安装目录下添加以下三个文件. 复制三个文件 (升序, asy 和 lib) 分别地, 为每个创建文件, 最后将它们放入LTSpice安装的相应位置. 将 asc 与其他原理图放在一起, 将asy放在lib下的sym中, 并将lib放入lib下的sub中. 添加后, 您可以在 LTSpice 的组件中看到电位器. 这个电位器就是需要的滑动电阻.

电位计_test.asc

版本 4
床单 1 880 680
金属丝 272 48 0 48
金属丝 528 48 272 48
金属丝 272 80 272 48
金属丝 528 80 528 48
金属丝 0 96 0 48
金属丝 0 192 0 176
金属丝 272 208 272 176
金属丝 528 208 528 176
旗帜 272 208 0
旗帜 0 192 0
旗帜 320 128 输出1
旗帜 528 208 0
旗帜 576 128 输出2
符号电压 0 80 罗0
SYMATTR 仪器名称 V1
SYMATTR 值 10
符号电位器 272 176 莫0
SYMATTR 仪器名称 U1
SYMATTR SpiceLine2 雨刮器=0.2
符号电位器 528 176 莫0
SYMATTR 仪器名称 U2
SYMATTR SpiceLine R=1
SYMATTR SpiceLine2 雨刮器=0.8
文本 140 228 左边 2 !.操作

电位器.asy

版本 4
符号类型 BLOCK
线路正常 16 -31 -15 -16
线路正常 -16 -48 16 -31
线路正常 16 -64 -16 -48
线路正常 1 -9 -15 -16
线路正常 1 0 1 -9
线路正常 1 -94 1 -87
线路正常 -24 -56 -16 -48
线路正常 -24 -40 -15 -48
线路正常 -47 -48 -15 -48
线路正常 -16 -80 16 -64
线路正常 1 -87 -16 -80
窗户 0 30 -90 左边 2
窗户 39 30 -50 左边 2
窗户 40 31 -23 左边 2
SYMATTR 前缀 X
SYMATTR 模型文件电位计.lib
SYMATTR SpiceLine R=1k
SYMATTR SpiceLine2 雨刮器=0.5
SYMATTR Value2 电位器
别针 0 -96 没有任何 8
PINATTR 引脚名称 1
PINATTR 香料订单 1
别针 0 0 没有任何 8
PINATTR 引脚名称 2
PINATTR 香料订单 2
别针 -48 -48 没有任何 8
PINATTR 引脚名称 3
PINATTR 香料订单 3

电位计.lib

* 这是电位器
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.SUBCKT电位器 1 2 3
.参数 w=限制(雨刮器,1米,.999)
罗0 1 3 {R*(1-w)}
R1 3 2 {R*(w)}
.电子尼古丁传送系统

3. 惠斯通电桥测量 PT100 电阻

惠斯通电桥连接和 LTspice 仿真模型

单臂电桥或惠斯通电路

惠斯通电桥连接和 LTspice 仿真模型:
当电桥平衡时, 电压表测量值eq?%5CbigtriangleupU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

从这里, 可以推断: Rt/R3=R2/R4

那是: Rt*R4=R2*R3

这样测得的电阻结果与电压表的精度无关, 电阻的准确度, 和电动势. 避免了电源随时间变化而产生的误差, 并避免了电流表分压的问题, 电压表分流器, 和太多的电线电压划分.

PT100的不同测量方法:

P热敏电阻的几种主要方法

当现场待测温度点距离仪器较远时, 需要用引线连接热电阻. 引线电阻为r. 两线制无法避免计算时因导线电阻带来的误差, 实际测得的电阻值会更小.

热电阻加上引线的电阻为r

为了抵消误差, 引入四线连接. 当Rt增加2r时, R2也增加了2r. 不管电线有多长, 电桥可以平衡. 需要画四根线. 由于 p 点和 q 点的电压相等, 它们可以相当于一分, 这是三线连接方法, 那是, 本实验模拟的三线连接方式. 在实践中, 三线也大多使用, 兼顾经济性和准确性.

4. 三线测量 LTSpice 模拟

3-线材测量, 并在输出端连接运放电路

本实验采用三线测量, 并在输出部分连接运放电路，放大输出信号，方便测量.
Uo= (V1-V2)*(R17/R15)=20*(V1-V2)

那是, V1=(Uo+20*V2)/20

按电阻分压:

V1 = Vs*(保留时间/(R2+Rt))

V2 = Vs*(R10/(R9+R10))

本次仿真的输入电压为3V. 计算后, V2≈108.434mV
V1=(Uo+2168.68)/20
V1=Rt/(R7+报告) *3000
所以: Rt=2000V1/(3000-V1)
Rt为PT100对应的电阻值. 查表即可得到对应的温度值.
设置滑动变阻器的阻值 (保留时间) 到 130.6 欧姆的温度 78 摄氏度, 读V1, V2, 和 Uo 计算 Rt.

Rt为PT100对应的电阻值, 对应温度值

V1约为182.82mV, V2约为118.46mV, U0约为1.39V. 计算出Rpt约为129.78V. 该表显示读取的温度为 76 摄氏度, 哪个很接近.

设置滑动变阻器的阻值 (保留时间) 到 200.05 欧姆的温度 266.5 摄氏度, 读V1, V2, 和 Uo 计算 Rt.

V1约为270.45mV, V2约为118.46mV, U0约为3.0257V. 计算出Rpt约为198.16V, 误差值约为 1%. 该表显示读取的温度为 261.3 摄氏度, 误差约为 1%.

三线制PT100的测温原理主要是基于电桥法. 测量电路通常是不平衡电桥, 并用PT100作为电桥的桥臂电阻. 当电流通过 PT100 时, 其电阻值的变化会引起电桥输出电压的变化. 通过测量该输出电压, 可以计算出PT100的电阻值, 然后就可以得到测量的温度.
为了消除引线电阻的影响, 三线PT100采用特殊设计, 将一根导线连接到电桥的电源端, 另外两根线分别连接PT100所在的桥臂和与其相邻的桥臂. 这样, 两个桥臂引入相同电阻值的引线电阻, 使电桥处于平衡状态. 所以, 引线电阻的变化对测量结果没有影响. 然而, 实测中还是会受到设备等影响. 测量的电阻值不准确. 为了消除这个错误, 读取时可以添加一些补偿.