Temperatuur Verkryging van 2, 3, en 4-draad PT100 temperatuursensors

Die artikel stel voor hoe 2, 3, en 4-draad PT100 sensors word omgeskakel in spanning seine deur weerstand veranderinge, en 'n konstante stroombron word gebruik om die sensor te beskerm en die akkuraatheid van seinomskakeling te verseker. ’n PT100-sensor verkry temperatuur deur die verandering in sy elektriese weerstand te meet, wat direk korreleer met die temperatuur waaraan dit blootgestel word; soos die temperatuur toeneem, die weerstand van die platinumelement binne die sensor neem ook toe, wat voorsiening maak vir 'n presiese berekening van die temperatuur gebaseer op hierdie weerstandsverandering; wesenlik, die “100” in PT100 dui aan dat die sensor 'n weerstand van 100 ohm by 0°C, en hierdie waarde verander voorspelbaar met temperatuurskommelings. Die toepassing van die MCP604 operasionele versterker in kringontwerp beklemtoon die impak van sy eienskappe soos lae inset offset spanning en voorspanningstroom op akkuraatheid. Sagtewarekalibrasie word gebruik om akkuraatheid in stroombaanontwerp te verbeter, die ongerief van fisiese aanpassing te vermy. Uiteindelik, die artikel gee die verbandformule tussen temperatuur en platinumweerstandwaarde, wat gebruik word om die temperatuurwaarde te bereken.

Temperatuur verkryging ontwerp van 2-draad PT100 temperatuur sensor

Temperatuur verkryging van China persoonlike 3-draad PT100 temperatuur sensor

Temperatuur verkryging van 4-draad PT100 temperatuur sensor

Sleutelpunte oor PT100-temperatuurverkryging:
Weerstand temperatuur detektor (RTD):
PT100 is 'n tipe RTD, wat beteken dat dit temperatuur meet deur veranderinge in sy elektriese weerstand op te spoor.
Platinum element:
Die waarnemingselement in 'n PT100 is van platinum gemaak, wat 'n baie stabiele en lineêre verband tussen weerstand en temperatuur toon.
Metingsproses: Die sensor word in die omgewing geplaas waar die temperatuur gemeet moet word.
Die weerstand van die platinumelement word gemeet met 'n toegewyde elektroniese stroombaan.
Die gemete weerstandswaarde word dan omgeskakel na temperatuur deur gebruik te maak van 'n wiskundige formule gebaseer op die bekende temperatuurkoëffisiënt van platinum.

Voordele van PT100-sensors:
Hoë akkuraatheid: Word beskou as een van die mees akkurate temperatuursensors wat beskikbaar is weens die stabiele gedrag van platinum.
Wye temperatuurreeks:　Kan temperature van -200°C tot 850°C meet, afhangende van die sensorontwerp.
Goeie lineariteit: Die verband tussen weerstand en temperatuur is relatief lineêr, data-interpretasie te vereenvoudig.

Belangrike oorwegings:
Kalibrasie: Om akkurate metings te verseker, PT100-sensors moet gereeld teen 'n verwysingstandaard gekalibreer word.
Looddraad weerstand: Die weerstand van die verbindingsdrade kan die metingsakkuraatheid beïnvloed, so behoorlike oorweging van looddraadvergoeding is dikwels nodig.
Toepassingsgeskiktheid: Terwyl dit hoogs akkuraat is, PT100-sensors is dalk nie geskik vir uiters moeilike omgewings of toepassings wat baie vinnige reaksietye vereis nie.

1. Basiese beginsels van seinverkryging
PT100 skakel temperatuurseine om in weerstandsuitsette, en sy weerstandswaarde wissel van 0 tot 200Ω. Die AD-omsetter kan net spanning omskakel en kan nie direk temperatuur insamel nie. Daarom, 'n 1mA konstante stroombron word benodig om die PT100 aan te dryf en weerstandsveranderinge in spanningsveranderinge om te skakel. Die voordeel van die gebruik van 'n konstante stroombron is dat dit die lewe van die sensor kan verleng. Aangesien die insetseinreeks is 0 tot 200mV, die sein moet versterk word en dan AD omgeskakel word om elektriese seindata te verkry.

Redes waarom nie konstante spanning bronontwerp gebruik word nie:

As 'n konstante spanningsbron vir kragtoevoer gebruik word, en dan word die resistor en PT100 in serie verbind, en spanning word verdeel, daar is 'n probleem. Wanneer die weerstand van PT100 te klein is, die stroom wat deur PT100 vloei is te groot, wat 'n korter sensorlewe tot gevolg het.

2. Die op-versterker gebruik MCP604
MCP604 kenmerke:
1) Spanningsreeks is 2,7 ~ 6,0V
2) Uitset is Rail-to-Rail
3) Bedryfstemperatuurreeks: -40°C tot +85°C
4) Inset offset spanning is ±3mV, tipiese waarde is 1mV, hoë sensitiwiteit.
5) Insetvoorspanningstroom is 1pA, wanneer TA = +85°C, I=20pA, verbeter verkryging akkuraatheid.
6) Lineêre uitsetspanningswaai: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, eenheid is V.

Wanneer die kragtoevoerspanning 3.3V is, die lineêre uitsetspanningswaai is 0.1~3.2V. Om te verseker dat die versterkte sein in die lineêre gebied werk, wanneer VDD=3.3V, ons het die MCP604-uitsetspanning gestel om op te bly: 0.5V ~ 2.5V om aan die vereistes van op-versterkerbaanontwerp te voldoen.

Die op-versterker in die analoog-elektroniese boek is 'n ideale operasionele versterker, wat verskil van die werklike versterker. Daarom, dit is nodig om te oorweeg “inset offset spanning”, “insetvoorspanningstroom” en “lineêre uitsetspanningswaai” wanneer jy ontwerp.

3. Kringdiagram
R11 in die figuur is 'n voorspanningstroombaan om te verhoed dat die laaste stadium van differensiële versterkeruitset versadigingsvervorming.
1) Kies 'n geskikte versterkingsfaktor om die uitsetfout te verminder. As gevolg van die bestaan ​​van inset offset spanning, wanneer die versterkingsfaktor toeneem, die uitsetfout sal ook toeneem, wat in die ontwerp in ag geneem moet word.
2) Die versterkingsfaktor van hierdie stroombaan is 10. Gestel die tipiese inset offset spanning is 3mV, as die insetsein na 5mV verander, 2mV sal nie versterk word nie, wat 'n uitsetfout van 20mV sal produseer.

PT100 temperatuur detector op versterker met behulp van MCP604 stroombaandiagram

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I=1mA, Vref=Vo3=1.65V
1.7V<=Vin<=1.9V, 1.7V<=V02<=1.9
1.8V<=Vo1<=2V, verseker dat die op-versterker in die lineêre gebied werk, dit is baie belangrik
0.5V<=Vo4<=2.5V, verseker dat die op-versterker in die lineêre gebied werk, dit is hoekom 50Ω in serie nodig is.

Wanneer die insetweerstand met 1Ω verander, Vout verander na 10mV. Aangesien die insetkompensasiespanning van MCP604 ±3mV is, wanneer daar 'n verandering van 0.3333Ω is, daar sal 'n verandering van 3.333mV wees, en die verkryging sensitiwiteit is hoog.
Wanneer 0<=Rin<=200Ω inset, aangesien die lus in serie met 50Ω verbind is, 50O<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0,001, eenheid A

4. Sagteware kalibrasie
Nuwe ingenieurs probeer altyd om die akkuraatheid van weerstande te verbeter, maar die fout is steeds groot. Sommige ingenieurs gebruik eenvoudig deurlopend verstelbare weerstande, pas hul weerstandswaardes aan, en gebruik multimeters om die uitset aan die oordragverhouding te laat voldoen. Dit lyk asof hierdie akkuraatheid verbeter word, maar dit is nie gerieflik vir produksie nie, en die moeilikheid van PCB-ontwerp word ook verhoog. Selfs al is die ontfouting gedoen, as die verstelskroef met die hand aangeraak word, dit kan foute veroorsaak. Die enigste manier is om vaste weerstande vir produksie te gebruik en sagteware te gebruik om akkurate kalibrasie te help bereik.
1) Wanneer Rin=0, lees 'n spanningswaarde en teken dit aan as V50. Stoor V50, dit sal nie verander met die verandering van PT100 weerstandswaarde nie, want dit word aangedryf deur 'n konstante stroombron.
2) Verbind die nominale weerstand, laat Rs=100Ω, lees 'n spanningswaarde en teken dit aan as V150. Bespaar V150, die spanningswaarde gelees wanneer die temperatuur is 0.
3) Bereken die huidige versterkingsfaktor: Io = (V150 – V50) / Rs; red My, dit beteken dat die kalibrasie gedoen is.
4) Wanneer die insetweerstand R is, die spanning gelees is Vo, dan R = (Vo- V50) / Io
Deur bogenoemde beskrywing, sagteware kalibrasie het groot voordele, nie net gerieflike produksie nie, maar ook hoë akkuraatheid. Om die akkuraatheid te verbeter, die uitsetspanning kan ook in verskeie intervalle verdeel word, afsonderlik gekalibreer, en verskillende Io kan verkry word, sodat die uitsetlineariteit beter sal wees. Hierdie idees word in my ontwerp weerspieël.

OP AMP MCP604 kringontwerp

5. Bereken temperatuur
Wanneer die temperatuur laer is as 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Wanneer die temperatuur groter as of gelyk is aan 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
Beskrywing:
Rt is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by t℃
R0 is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by 0℃ 100Ω
A=3,9082×10^-3
B=-5,80195×10^-7
C=-4,2735×10^-12

6. Pt100 temperatuursensor
Pt100 temperatuur sensor is 'n positiewe temperatuur koëffisiënt termistor sensor, en sy belangrikste tegniese parameters is soos volg:
1) Meet temperatuur reeks: -200℃ ~ +850℃;
2) Toelaatbare afwykingswaarde Δ℃: Graad A ±(0.15+0.002|t|), Graad B ±(0.30+0.005|t|);
3) Minimum invoegdiepte: Die minimum invoegdiepte van die termiese weerstand is ≥200mm;
4) Toelaatbare stroom: < 5mA;
5) Pt100 temperatuursensor het ook die voordele van vibrasieweerstand, goeie stabiliteit, hoë akkuraatheid, en hoë druk. Platinum termiese weerstand het goeie lineariteit. Wanneer daar tussen gewissel word 0 en 100 grade Celsius, die maksimum nie-lineêre afwyking is minder as 0,5 ℃;
Wanneer temperatuur < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Wanneer temperatuur ≥ 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
Volgens bogenoemde verhouding, die benaderde weerstandsreeks is: 18Ω~390.3Ω, -197℃ is 18Ω, 850Ω is 390.3Ω;
Beskrywing:
Rt is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by t℃, R0 is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by 0℃, 100O
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12
PT100 platinum metaal temperatuur sensor handleiding
6) Kringontwerp
7) Verwantskap tussen PT100 temperatuur en weerstand
PT100 temperatuur en weerstand voldoen aan die volgende vergelyking:
Wanneer temperatuur ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Wanneer temperatuur ≥0, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt = 0

PT100 temperatuur en weerstand vergelyking tabel

Beskrywing:
Rt is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by t℃, R0 is die weerstandswaarde van die platinumweerstand by 0℃, 100O
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12

1. Vir die gerief van berekening, wanneer die temperatuur ≤0 is, laat:
dubbel a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4,2735/100000
dubbel b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
dubbel c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
dubbel d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
dubbel e= (100-Rt)*100000
Wanneer temperatuur ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + k*t^2 + d*t + e=0
waar x3 die oplossing van PT100 is wanneer dit minder as 0 ℃ is.

2. Vir gemak van berekening, wanneer die temperatuur groter as of gelyk is aan 0
dubbel a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
dubbel b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
dubbel c= (100-Rt)*100000
Wanneer die temperatuur ≥0 is, a*t^2 + b*t + c = 0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω stem ooreen met -197℃, die temperatuur van vloeibare stikstof
18.486Ω stem ooreen met -200℃
96.085Ω stem ooreen met -10℃
138.505Ω stem ooreen met 100℃
175.845Ω stem ooreen met 200℃
247.045Ω stem ooreen met 400℃