Weerstande en stroombane van PT100 en PT1000 metaal termiese weerstand sensor probes

A temperature acquisition circuit for a PT100 or PT1000 sensor probe typically consists of a stable current source to excite the sensor, a high-precision resistance measurement circuit to detect the change in resistance with temperature, and an analog-to-digital converter (ADC) to convert the measured voltage into a digital signal that can be processed by a microcontroller or data acquisition system; the key difference between a PT100 and PT1000 circuit is the scale of resistance values due to the Pt100 having a nominal resistance of 100 ohms at 0°C while a Pt1000 has 1000 ohm by 0°C, often requiring adjustments in the measurement circuit depending on the desired accuracy and application.

The article introduces the resistance change of PT100 and PT1000 metal thermal resistor sensor probes at different temperatures, as well as a variety of temperature acquisition circuit solutions. Including resistance voltage division, bridge measurement, constant current source and AD623, AD620 acquisition circuit. In order to resist interference, especially electromagnetic interference in the aerospace field, an airborne PT1000 temperature sensor acquisition circuit design is proposed, including a T-type filter for filtering and improving measurement accuracy.
Abstract generated by CSDN through intelligent technology

PT100 Temperature cable sensor for Precise temperature measurement in containers, tenks en pype

Temperatuursensorsonde T100 hoë temperatuur -50~260 kabel

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

PT100/PT1000 temperatuur verkryging kring oplossing
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Metaal termiese weerstande soos nikkel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Platinum het die mees stabiele fisiese en chemiese eienskappe en word die algemeenste gebruik. Die temperatuurmetingsbereik van die algemeen gebruikte platinumweerstand Pt100 sensor probes is -200～850℃, en die temperatuurmetingsreekse van Pt500, Pt1000 sensor probes, ens. word agtereenvolgens verminder. Pt1000, temperatuurmetingsreeks is -200 ~ 420 ℃. Volgens die IEC751 internasionale standaard, die temperatuurkenmerke van die platinumweerstand Pt1000 voldoen aan die volgende vereistes:

Pt1000 temperatuur karakteristieke kurwe

Volgens die Pt1000 temperatuur karakteristieke kurwe, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (soos in figuur getoon 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 temperatuur weerstand verander tabel 1

2. Algemeen gebruikte verkrygingkringoplossings

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Die temperatuurmetingkringspanninguitsetreeks is 0~3.3V, PT1000 (PT1000 weerstand waarde verander baie, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 is meer geskik vir grootskaalse temperatuurmeting).

Die eenvoudigste manier is om die spanningsverdelingsmetode te gebruik. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatiewelik, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, en 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Die uitsetspanning kan gekies word volgens die vereiste verwysingsspanning. Natuurlik, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, dit kan nie 3V/3.3V oorskry nie.

PT100 single chip AD port circuit direct acquisition

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage, and the AD port of the microcontroller directly collects it.
Natuurlik, some circuits are powered by a 5V microcontroller, and the maximum operating current of the PT1000 is 0.5mA, so an appropriate resistance value must be used to ensure the normal operation of the component.
Byvoorbeeld, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced by 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than the 3.3V voltage, and the collection is more accurate. Onthou, die teoretiese berekende uitsetspanning kan nie +5V oorskry nie. Andersins, the microcontroller will be damaged.

2.3 Die mees gebruikte brugmeting

The voltage divider circuit of PT100 outputs 0~5V analog voltage

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, waar R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Wanneer die weerstandswaarde van Pt1000 nie gelyk is aan die weerstandswaarde van R12 nie, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Hierdie spanningsverskilsein word deur die instrumentversterkerkring versterk en voer die verlangde spanningsein uit, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Die beginsel van weerstandmeting van hierdie stroombaan:

1) PT1000 is 'n termistor, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

2) By 0 grade, die weerstand van PT1000 is 1kΩ, dan is Ub en Ua gelyk, dit wil sê, Uba = Ub – Doen = 0.
3) Aanvaar dit by 'n sekere temperatuur, die weerstand van PT1000 is 1.5kΩ, dan is Ub en Ua nie gelyk nie. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Doen > 0.
4) OP07 is 'n operasionele versterker, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, waar A = R2/R1 = 17.5.
5) Die uitsetspanning Uo van OP07 = Uba * N. So as ons 'n voltmeter gebruik om die uitsetspanning van OP07 te meet, ons kan die waarde van Uab aflei. Aangesien Ua 'n bekende waarde is, ons kan verder die waarde van Ub bereken. Toe, using the voltage divider principle, ons kan die spesifieke weerstandswaarde van PT1000 bereken. Hierdie proses kan bereik word deur sagteware-berekening.
6) As ons weet wat die weerstand waarde van PT1000 by enige temperatuur, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Konstante huidige bron
As gevolg van die selfverhittingseffek van die termiese weerstand, it is necessary to ensure that the current flowing through the resistor is as small as possible, and generally the current is expected to be less than 10mA. Dit is geverifieer dat die selfverhitting van die platinumweerstand PT100 van 1 mW will cause a temperature change of 0.02 to 0.75℃, so reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Egter, as die stroom te klein is, dit is vatbaar vir geraasinterferensie, so it is generally taken at 0.5 na 2 mA, dus word die konstante stroombronstroom gekies as 'n 1mA konstantestroombron.

The chip selected is the constant voltage source chip TL431, and then the current negative feedback is used to convert it into a constant current source. Die stroombaan word in die figuur getoon:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, en die berekeningsformule vir die uitsetstroom is:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% presisie weerstand. Die finale uitsetstroom is 0,996mA, dit wil sê, die akkuraatheid is 0.4%.
Die konstante stroombronkring moet die volgende kenmerke hê:
Temperatuur stabiliteit: Aangesien ons temperatuurmetingsomgewing 0-100 ℃ is, die uitset van die huidige bron moet nie sensitief vir temperatuur wees nie. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Goeie vragregulering: As die huidige rimpeling te groot is, dit sal leesfoute veroorsaak. Volgens teoretiese analise. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, en die temperatuurmetingsreeks is 0-100 ℃, die temperatuurmetingsakkuraatheid is ±1 graad Celsius, dus moet die uitsetspanning verander met 38.5/100=0.385mV vir elke 1℃ toename in omgewingstemperatuur. Ten einde te verseker dat die huidige fluktuasie nie die akkuraatheid beïnvloed nie, oorweeg die mees ekstreme geval, by 100 grade Celsius, die weerstandswaarde van PT100 moet 138.5R wees. Dan moet die huidige rimpeling minder as 0.385/138.5=0.000278mA wees, dit wil sê, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. In die werklike simulasie, die huidige bron bly basies onveranderd.

3. AD623 verkryging kring oplossing
Die beginsel kan na bogenoemde brugmetingsbeginsel verwys.
Lae temperatuur verkryging:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Hoë temperatuur verkryging
Insert picture description here

4. AD620 verkryging kring oplossing
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150°):

AD620 measures PT100 acquisition solution at low temperature (-40°)

AD620 PT100 acquisition solution for low temperature (-40°):

AD620 measures PT100 acquisition scheme at room temperature (20°)

AD620 PT100 acquisition solution for room temperature (20°):

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
Temperatuuropname in een of ander kompleks, harde of spesiale omgewings sal onderhewig wees aan groot inmenging, hoofsaaklik insluitend EMI en REI. Byvoorbeeld, in die toepassing van motortemperatuurverkryging, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

Daar is ook 'n groot aantal temperatuurbeheerscenario's binne lugvaart- en lugvaartvoertuie, wat die kragstelsel en omgewingsbeheerstelsel meet en beheer. Die kern van temperatuurbeheer is temperatuurmeting. Aangesien die weerstand van termistor lineêr met temperatuur kan verander, die gebruik van platinumweerstand om temperatuur te meet, is 'n effektiewe hoë-presisie temperatuurmetingsmetode. Die hoofprobleme is soos volg:
1. Die weerstand op die looddraad word maklik ingebring, wat dus die meetakkuraatheid van die sensor beïnvloed;
2. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, die metingsakkuraatheid beïnvloed.

5.1 Lugvaart PT1000-verkrygingskring in die lug
Verwys na die ontwerp van 'n PT1000-verkrygingsbaan in die lug vir anti-elektromagnetiese steurings in 'n sekere lugvaart.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

'n Filter word aan die buitenste punt van die verkrygingskring gestel. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
Die +15V insetspanning word omgeskakel in 'n +5V hoë-presisie spanningsbron deur 'n spanningsreguleerder. The +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1, and the other end of the resistor R1 is divided into two paths. One is connected to the in-phase input end of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. Die uitset van die op-versterker is gekoppel aan die inverterende inset om 'n spanningsvolger te vorm, en die omkeerinset is gekoppel aan die grondpoort van die spanningsreguleerder om te verseker dat die spanning by die in-fase inset altyd nul is. Nadat u deur die S2-filter gegaan het, een punt A van die PT1000-weerstand is in twee paaie verdeel, one through resistor R4 as the differential voltage input D, en een deur weerstand R2 na AGND. Nadat u deur die S3-filter gegaan het, die ander kant B van die PT1000-weerstand is in twee paaie verdeel, one through resistor R5 as the differential voltage input E, en een deur weerstand R3 na AGND. D and E are connected through capacitor C3, D is connected to AGND through capacitor C1, and E is connected to AGND through capacitor C2. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

Die +15V insetspanning word omgeskakel in 'n +5V hoë-presisie spanningsbron deur 'n spanningsreguleerder. The +5V is directly connected to R1. The other end of R1 is divided into two paths, een gekoppel aan die in-fase-ingang van die op-versterker, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. Die uitset van die op-versterker is gekoppel aan die inverterende inset om 'n spanningsvolger te vorm, and the inverting input is connected to the ground port of the voltage regulator to ensure that the voltage at the inverting input is always zero. Op hierdie tydstip, die stroom wat deur R1 vloei is 'n konstante 0.5mA. Die spanningsreguleerder gebruik AD586TQ/883B, en die op-versterker gebruik OP467A.

Nadat u deur die S2-filter gegaan het, een punt A van die PT1000-weerstand is in twee paaie verdeel, een deur weerstand R4 as die differensiële spanning inset einde D, en een deur weerstand R2 na AGND. Nadat u deur die S3-filter gegaan het, die ander kant B van die PT1000-weerstand is in twee paaie verdeel, een deur weerstand R5 as die differensiële spanning inset einde E, en een deur weerstand R3 na AGND. D and E are connected through capacitor C3, D is connected to AGND through capacitor C1, and E is connected to AGND through capacitor C2.
Die weerstand van R4 en R5 is 4,02k ohm, die weerstand van R1 en R2 is 1M ohm, die kapasitansie van C1 en C2 is 1000pF, en die kapasitansie van C3 is 0.047uF. R4, R5, C1, C2, en C3 vorm saam 'n RFI-filternetwerk. The RFI filter completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. Die berekening van die ‑3dB afsnyfrekwensie van die gemeenskaplike modus steuring en differensiële modus steuring wat in die insetsein gedra word, word in die formule getoon:

Lugvaart PT1000-verkrygingskring in die lug

Vervang die weerstandswaarde in die berekening, die algemene modus afsnyfrekwensie is 40kHz, en die differensiële modus afsnyfrekwensie is 2.6KHZ.
Eindpunt B is deur die S4-filter aan AGND gekoppel. Onder hulle, die filtergrondterminale van S1 tot S4 is almal aan die vliegtuig se afskermgrond gekoppel. Aangesien die stroom wat deur PT1000 vloei 'n bekende 0.05mA is, die presiese weerstandswaarde van PT1000 kan bereken word deur die differensiële spanning aan beide kante van D en E te meet.
S1 tot S4 gebruik T-tipe filters, model GTL2012X-103T801, with a cutoff frequency of M±20%. Hierdie stroombaan stel laagdeurlaatfilters aan die eksterne koppelvlaklyne bekend en voer RFI-filtrering op die differensiële spanning uit. As 'n voorverwerkingsbaan vir PT1000, dit elimineer effektief elektromagnetiese en RFI-straling-interferensie, wat die betroubaarheid van die versamelde waardes aansienlik verbeter. Daarby, die spanning word direk vanaf beide kante van die PT1000-weerstand gemeet, die fout wat veroorsaak word deur die loodweerstand uit te skakel en die akkuraatheid van die weerstandswaarde te verbeter.

3-wire Class B high industrial temperature control PT100 platinum thermal resistor temperature sensor

K-E type compression spring thermocouple, pt100 temperature sensor probe

High precision PT100 temperature sensor for transformer temperature measurement

5.2 T-tipe filter
Insert picture description here
Die T-tipe filter bestaan ​​uit twee induktors en kapasitors. Albei kante daarvan het hoë impedansie, en sy invoegverliesprestasie is soortgelyk aan dié van die π-tipe filter, maar dit is nie geneig tot “lui” en kan gebruik word om stroombane te skakel.