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

'n Temperatuurverkrygingskring vir 'n PT100- of PT1000-sensorsonde bestaan ​​tipies uit 'n stabiele stroombron om die sensor te prikkel, 'n hoë-presisie weerstandsmetingkring om die verandering in weerstand met temperatuur op te spoor, en 'n analoog-na-digitaal-omskakelaar (ADC) om die gemete spanning om te skakel in 'n digitale sein wat deur 'n mikrobeheerder of data-verkrygingstelsel verwerk kan word; die sleutelverskil tussen 'n PT100- en PT1000-stroombaan is die skaal van weerstandswaardes as gevolg van die Pt100 met 'n nominale weerstand van 100 ohm by 0°C terwyl 'n Pt1000 het 1000 ohm by 0°C, vereis dikwels aanpassings in die meetkring, afhangende van die verlangde akkuraatheid en toepassing.

Die artikel stel die weerstandsverandering van PT100 en PT1000 metaal termiese weerstand sensor probes by verskillende temperature bekend, sowel as 'n verskeidenheid temperatuurverkrygingskringoplossings. Insluitend weerstandspanningsverdeling, brug meting, konstante stroombron en AD623, AD620 verkryging kring. Om inmenging te weerstaan, veral elektromagnetiese interferensie in die lugvaartveld, 'n PT1000 temperatuursensor-verkrygingsbaanontwerp in die lug word voorgestel, insluitend 'n T-tipe filter vir filtering en die verbetering van meet akkuraatheid.
Abstract gegenereer deur CSDN deur intelligente tegnologie

PT100 Temperatuurkabelsensor vir Presiese temperatuurmeting in houers, tenks en pype

Temperatuursensorsonde T100 hoë temperatuur -50~260 kabel

PT100 platinum weerstand temperatuur sensor vir sender oppervlak temperatuur

PT100/PT1000 temperatuur verkryging kring oplossing
1. Temperatuurweerstandveranderingstabel van PT100- en PT1000-sensors
Metaal termiese weerstande soos nikkel, koper- en platinumweerstande het 'n positiewe korrelasie met die verandering van temperatuur. 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, die helling van die weerstandskenmerkkurwe verander effens binne die normale bedryfstemperatuurreeks (soos in figuur getoon 1). Die benaderde verhouding tussen weerstand en temperatuur kan verkry word deur lineêre passing:

PT100 temperatuur weerstand verander tabel 1

2. Algemeen gebruikte verkrygingkringoplossings

2. 1 Weerstandspanningverdeler-uitset 0~3.3V/3V analoogspanning enkelskyfie AD-poort direkte verkryging
Die temperatuurmetingkringspanninguitsetreeks is 0~3.3V, PT1000 (PT1000 weerstand waarde verander baie, en die temperatuurmetingsensitiwiteit is hoër as PT100; PT100 is meer geskik vir grootskaalse temperatuurmeting).

Die eenvoudigste manier is om die spanningsverdelingsmetode te gebruik. Die spanning word gegenereer deur die TL431-spanningsverwysingsbronskyfie, wat 'n 4V spanning verwysing bron is. Alternatiewelik, REF3140 kan gebruik word om 4.096V as 'n verwysingsbron op te wek. Verwysingsbronskyfies sluit ook REF3120 in, 3125, 3130, 3133, en 3140. Die skyfie gebruik 'n SOT-32-pakket en 'n 5V insetspanning. Die uitsetspanning kan gekies word volgens die vereiste verwysingsspanning. Natuurlik, volgens die normale spanning insetreeks van die AD-poort van die mikrobeheerder, dit kan nie 3V/3.3V oorskry nie.

PT100 enkel chip AD poort kring direkte verkryging

2.2 Resistor spanningsverdeling uitset 0~5V analoog spanning, en die AD-poort van die mikrobeheerder versamel dit direk.
Natuurlik, sommige stroombane word deur 'n 5V-mikrobeheerder aangedryf, en die maksimum bedryfsstroom van die PT1000 is 0.5mA, dus moet 'n toepaslike weerstandswaarde gebruik word om die normale werking van die komponent te verseker.
Byvoorbeeld, die 3.3V in die spanningsverdeling skematiese diagram hierbo word vervang deur 5V. Die voordeel hiervan is dat die 5V-spanningsverdeling meer sensitief is as die 3.3V-spanning, en die versameling is meer akkuraat. Onthou, die teoretiese berekende uitsetspanning kan nie +5V oorskry nie. Andersins, die mikrobeheerder sal beskadig word.

2.3 Die mees gebruikte brugmeting

Die spanningsverdelerkring van PT100 lewer 0 ~ 5V analoogspanning uit

Gebruik R11, R12, R13 en Pt1000 om 'n meetbrug te vorm, waar R11=R13=10k, R12=1000R presisie weerstand. Wanneer die weerstandswaarde van Pt1000 nie gelyk is aan die weerstandswaarde van R12 nie, die brug sal 'n mV-vlakspanningsverskilsein uitstuur. Hierdie spanningsverskilsein word deur die instrumentversterkerkring versterk en voer die verlangde spanningsein uit, wat direk aan die AD-omskakelingskyfie of die AD-poort van die mikrobeheerder gekoppel kan word.

Die beginsel van weerstandmeting van hierdie stroombaan:

1) PT1000 is 'n termistor, en sy weerstand verander basies lineêr met die verandering van temperatuur.

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. Volgens die spanningverdeler-beginsel, ons kan Uba = Ub vind – Doen > 0.
4) OP07 is 'n operasionele versterker, en sy spanningsversterkingsfaktor A hang af van die eksterne stroombaan, 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, met behulp van die spanningsverdeler-beginsel, 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, ons hoef net die tabel volgens die weerstandswaarde op te soek om die huidige temperatuur te weet.

2.4 Konstante huidige bron
As gevolg van die selfverhittingseffek van die termiese weerstand, dit is nodig om te verseker dat die stroom wat deur die resistor vloei so klein as moontlik is, en oor die algemeen word verwag dat die stroom minder as 10mA sal wees. Dit is geverifieer dat die selfverhitting van die platinumweerstand PT100 van 1 mW sal 'n temperatuurverandering van 0.02 tot 0,75 ℃, so die vermindering van die stroom van die platinumweerstand PT100 kan ook sy temperatuurverandering verminder. Egter, as die stroom te klein is, dit is vatbaar vir geraasinterferensie, dus word dit oor die algemeen geneem by 0.5 na 2 mA, dus word die konstante stroombronstroom gekies as 'n 1mA konstantestroombron.

Die chip wat gekies is, is die konstante spanning bron chip TL431, en dan word die huidige negatiewe terugvoer gebruik om dit in 'n konstante stroombron om te skakel. Die stroombaan word in die figuur getoon:

Konstante stroom bron van weerstand PT100 stroombaan verkryging skema

Die operasionele versterker CA3140 word gebruik om die lasvermoë van die stroombron te verbeter, en die berekeningsformule vir die uitsetstroom is:
Voeg prentbeskrywing hier in Die resistor moet a wees 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. En TL431 het 'n uiters lae temperatuurkoëffisiënt en lae temperatuurverdryf.

Goeie vragregulering: As die huidige rimpeling te groot is, dit sal leesfoute veroorsaak. Volgens teoretiese analise. Aangesien die insetspanning tussen 100-138.5mV wissel, 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, die verandering in stroom tydens die lasverandering moet minder as 0,000278mA wees. 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 meet PT100 verkryging oplossing hoë temperatuur (150°)

Hoë temperatuur verkryging
Voeg prentbeskrywing hier in

4. AD620 verkryging kring oplossing
AD620 PT100 verkryging oplossing vir hoë temperatuur (150°):

AD620 meet PT100-verkrygingsoplossing by lae temperatuur (-40°)

AD620 PT100 verkryging oplossing vir lae temperatuur (-40°):

AD620 meet PT100-verkrygingskema by kamertemperatuur (20°)

AD620 PT100 verkrygingsoplossing vir kamertemperatuur (20°):

PT100 sensor hoë temperatuur verkryging kring

5. Anti-interferensie filter analise van PT100 en 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, hoëfrekwensieversteurings wat veroorsaak word deur motorbeheer en hoëspoedrotasie van die 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 sekere sterk elektromagnetiese interferensie-omgewings, die steuring kan omgeskakel word in GS-uitset offset fout nadat dit deur die instrument versterker reggestel is, 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 verkryging stroombaan skema vir PT100 sensor

'n Filter word aan die buitenste punt van die verkrygingskring gestel. Die PT1000-verkryging-voorverwerkingskring is geskik vir anti-elektromagnetiese interferensie-voorverwerking van elektroniese toerusting-koppelvlakke in die lug; die spesifieke stroombaan is:
Die +15V insetspanning word omgeskakel in 'n +5V hoë-presisie spanningsbron deur 'n spanningsreguleerder. Die +5V hoë-presisie spanningsbron is direk aan die weerstand R1 gekoppel, en die ander kant van die weerstand R1 is in twee paaie verdeel. Een is gekoppel aan die in-fase inset einde van die op amp, en die ander is gekoppel aan die PT1000-weerstand A-einde deur die T-tipe 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, een deur weerstand R4 as die differensiële spanningsinvoer 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 spanningsinvoer E, en een deur weerstand R3 na AGND. D en E is deur kapasitor C3 verbind, D is deur kapasitor C1 aan AGND gekoppel, en E is deur kapasitor C2 aan AGND verbind. Die presiese weerstandswaarde van PT1000 kan bereken word deur die differensiële spanning oor D en E te meet.

Die +15V insetspanning word omgeskakel in 'n +5V hoë-presisie spanningsbron deur 'n spanningsreguleerder. Die +5V is direk gekoppel aan R1. Die ander kant van R1 is in twee paaie verdeel, een gekoppel aan die in-fase-ingang van die op-versterker, en die ander gekoppel aan die A-kant van die PT1000-weerstand deur die T-tipe filter S1. Die uitset van die op-versterker is gekoppel aan die inverterende inset om 'n spanningsvolger te vorm, en die inverterende inset is gekoppel aan die grondpoort van die spanningsreguleerder om te verseker dat die spanning by die omkeerinset altyd nul is. 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 en E is deur kapasitor C3 verbind, D is deur kapasitor C1 aan AGND gekoppel, en E is deur kapasitor C2 aan AGND verbind.
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. Die RFI-filter voltooi die laagdeurlaatfiltrering van die insetsein, en die voorwerpe wat uitgefiltreer is, sluit die differensiële modus interferensie en gemeenskaplike modus interferensie in wat in die inset differensiële sein gedra word. 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, met 'n afsnyfrekwensie van 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-draad Klas B hoë industriële temperatuur beheer PT100 platinum termiese weerstand temperatuur sensor

K-E tipe drukveer termokoppel, pt100 temperatuur sensor sonde

Hoë presisie PT100 temperatuursensor vir transformator temperatuurmeting

5.2 T-tipe filter
Voeg prentbeskrywing hier in
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.