حل دائرة اكتساب درجة الحرارة PT100/PT1000

1. جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT100 وPT1000
المقاومات الحرارية المعدنية مثل النيكل, المقاومات النحاسية والبلاتينية لها علاقة إيجابية مع تغير المقاومة مع درجة الحرارة. يتمتع البلاتين بالخصائص الفيزيائية والكيميائية الأكثر استقرارًا وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. نطاق قياس درجة الحرارة للمقاوم البلاتيني الشائع الاستخدام Pt100 هو -200～850 درجة مئوية. فضلاً عن ذلك, يتراوح قياس درجة الحرارة من Pt500, PT1000, إلخ. يتم تخفيضها تباعا. PT1000, نطاق قياس درجة الحرارة -200~420 درجة مئوية. وفقا للمعيار الدولي IEC751, خصائص درجة الحرارة للمقاوم البلاتيني Pt1000 تلبي المتطلبات التالية:

منحنى درجة الحرارة المميزة Pt1000

وفقا للمنحنى المميز لدرجة الحرارة Pt1000, يتغير ميل منحنى خاصية المقاومة قليلاً ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل العادية (كما هو مبين في الشكل 1). من خلال التركيب الخطي, العلاقة التقريبية بين المقاومة ودرجة الحرارة هي:

1.1 جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT100

جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT100

1.2 جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT1000

جدول تغيير مقاومة درجة الحرارة PT1000

2. حلول دوائر الاستحواذ شائعة الاستخدام

2.1 المقاوم تقسيم الجهد الناتج 0 ~ 3.3 فولت/3 فولت الجهد التناظري

منفذ AD ذو شريحة واحدة اكتساب مباشر
نطاق إخراج جهد دائرة قياس درجة الحرارة هو 0 ~ 3.3 فولت, PT1000 (تتغير قيمة المقاومة PT1000 بشكل كبير, حساسية قياس درجة الحرارة أعلى من PT100; PT100 أكثر ملاءمة لقياس درجة الحرارة على نطاق واسع).

مخرجات مقسم الجهد المقاوم 0 ~ 3.3 فولت 3 فولت الجهد التناظري

إن أبسط طريقة هي استخدام طريقة تقسيم الجهد. الجهد هو مصدر الجهد المرجعي 4V الناتج عن شريحة مصدر الجهد المرجعي TL431, أو يمكن استخدام REF3140 لتوليد 4.096 فولت كمصدر مرجعي. تتضمن رقائق المصدر المرجعي أيضًا REF3120, 3125, 3130, 3133, و 3140. تستخدم الشريحة حزمة SOT-32 وجهد إدخال 5 فولت. يمكن اختيار جهد الخرج وفقًا للجهد المرجعي المطلوب. بالطبع, وفقًا لنطاق إدخال الجهد العادي لمنفذ MCU AD, لا يمكن أن يتجاوز 3 فولت/3.3 فولت.

2.2 خرج تقسيم الجهد المقاوم 0 ~ 5 فولت الجهد التناظري MCU AD منفذ اكتساب مباشر.
بالطبع, تستخدم بعض الدوائر مصدر طاقة 5V MCU, والحد الأقصى لتيار التشغيل PT1000 هو 0.5 مللي أمبير, لذلك يجب استخدام قيمة المقاومة المناسبة لضمان التشغيل الطبيعي للمكونات.
على سبيل المثال, يتم استبدال 3.3V في الرسم التخطيطي لتقسيم الجهد أعلاه بـ 5V. وميزة ذلك هي أن تقسيم الجهد 5 فولت أكثر حساسية من 3.3 فولت, والاستحواذ أدق. يتذكر, لا يمكن أن يتجاوز جهد الخرج المحسوب النظري +5 فولت. خلاف ذلك, سوف يتسبب في تلف MCU.

2.3 قياس الجسر الأكثر استخدامًا
ص11, ر12, يتم استخدام R13 وPt1000 لتشكيل جسر قياس, حيث R11=R13=10k, R12 = 1000R المقاومات الدقيقة. عندما تكون قيمة المقاومة Pt1000 لا تساوي قيمة المقاومة R12, سيخرج الجسر إشارة فرق الجهد على مستوى mV. يتم تضخيم إشارة فرق الجهد هذه بواسطة دائرة مكبر الصوت وإخراج إشارة الجهد المطلوبة. يمكن توصيل هذه الإشارة مباشرة بشريحة تحويل AD أو منفذ AD الخاص بوحدة التحكم الدقيقة.

ص11, ر12, يتم استخدام R13 وPt1000 لتشكيل جسر القياس

مبدأ قياس المقاومة لهذه الدائرة:
1) PT1000 هو الثرمستور. مع تغير درجة الحرارة, تتغير المقاومة خطيًا بشكل أساسي.
2) في 0 درجات, مقاومة PT1000 هي 1kΩ, إذن Ub وUa متساويان, إنه, أوبا = أوب – افعل = 0.
3) على افتراض أنه عند درجة حرارة معينة, مقاومة PT1000 هي 1.5kΩ, إذن Ub وUa ليسا متساويين. وفقا لمبدأ تقسيم الجهد, يمكننا معرفة أن Uba = Ub – يفعل > 0.
4) OP07 هو مضخم تشغيلي, ويعتمد كسب الجهد A على الدائرة الخارجية, حيث أ = R2/R1 = 17.5.
5) جهد الخرج Uo لـ OP07 = Uba * أ. لذا، إذا استخدمنا الفولتميتر لقياس جهد الخرج لـ OP07, يمكننا استنتاج قيمة Uab. بما أن Ua قيمة معروفة, يمكننا أيضًا حساب قيمة Ub. ثم, باستخدام مبدأ تقسيم الجهد, يمكننا حساب قيمة المقاومة المحددة لـ PT1000. ويمكن تحقيق هذه العملية من خلال حساب البرمجيات.
6) إذا عرفنا قيمة المقاومة PT1000 عند أي درجة حرارة, نحتاج فقط إلى البحث في الجدول بناءً على قيمة المقاومة لمعرفة درجة الحرارة الحالية.

2.4 مصدر تيار مستمر
بسبب تأثير التسخين الذاتي للمقاوم الحراري, يجب أن يكون التيار المتدفق عبر المقاوم صغيرًا قدر الإمكان. عمومًا, من المتوقع أن يكون التيار أقل من 10 مللي أمبير. تم التحقق من التسخين الذاتي للمقاوم البلاتيني PT100 1 سوف يتسبب ميجاوات في تغير درجة الحرارة بمقدار 0.02-0.75 درجة مئوية. لذلك, إن تقليل تيار المقاوم البلاتيني PT100 يمكن أن يقلل أيضًا من تغير درجة الحرارة. لكن, إذا كان التيار صغيرًا جدًا, فهو عرضة لتداخل الضوضاء, وبالتالي فإن القيمة بشكل عام 0.5-2 أماه, لذلك يتم تحديد تيار المصدر الحالي الثابت كمصدر تيار ثابت 1mA.

تم اختيار الشريحة لتكون شريحة مصدر الجهد الثابت TL431, ومن ثم تحويله إلى مصدر تيار ثابت باستخدام ردود الفعل السلبية الحالية. تظهر الدائرة في الشكل

فيما بينها, يتم استخدام مضخم التشغيل CA3140 لتحسين سعة تحميل المصدر الحالي, وصيغة حساب تيار الإخراج هي:

يجب أن يكون المقاوم أ 0.1% المقاوم الدقة. تيار الإخراج النهائي هو 0.996mA, إنه, الدقة هي 0.4%.

يجب أن تتمتع دائرة مصدر التيار الثابت بالخصائص التالية

حدد شريحة مصدر الجهد الثابت TL431

استقرار درجة الحرارة: نظرًا لأن بيئة قياس درجة الحرارة لدينا هي 0-100 درجة مئوية, يجب ألا يكون خرج المصدر الحالي حساسًا لدرجة الحرارة. يتميز TL431 بمعامل درجة حرارة منخفض للغاية وانجراف بدرجة حرارة منخفضة.

تنظيم الحمل الجيد: إذا كان التموج الحالي كبيرًا جدًا, سوف يسبب أخطاء في القراءة. وفقا للتحليل النظري, حيث أن جهد الإدخال يتراوح بين 100-138.5 مللي فولت, ونطاق قياس درجة الحرارة هو 0-100 درجة مئوية, دقة قياس درجة الحرارة هي ±1 درجة مئوية, لذلك يجب أن يتغير جهد الخرج بمقدار 38.5/100 = 0.385 مللي فولت لكل زيادة بمقدار 1 درجة مئوية في درجة الحرارة المحيطة. من أجل التأكد من أن التقلب الحالي لا يؤثر على الدقة, النظر في الحالة الأكثر تطرفا, في 100 درجة مئوية, يجب أن تكون قيمة المقاومة PT100 138.5R. ثم يجب أن يكون التموج الحالي أقل من 0.385/138.5=0.000278mA, إنه, يجب أن يكون التغيير الحالي أثناء تغيير الحمل أقل من 0.000278mA. في المحاكاة الفعلية, يبقى المصدر الحالي دون تغيير بشكل أساسي.
3. حل دائرة الاستحواذ AD623

AD623 اقتناء حل الدائرة PT1000

يمكن أن يشير المبدأ إلى مبدأ قياس الجسر أعلاه.
اكتساب درجة حرارة منخفضة:

اكتساب درجة حرارة عالية

4. حل دائرة الاستحواذ AD620

حل الاستحواذ AD620 PT100

AD620 PT100 حل اكتساب درجة الحرارة العالية (150°):

AD620 PT100 حل اكتساب درجة حرارة منخفضة (-40°):

AD620 PT100 حل اكتساب درجة حرارة الغرفة (20°):

5. تحليل الترشيح المضاد للتدخل PT100 وPT1000

اكتساب درجة الحرارة في بعض المجمعات, البيئات القاسية أو الخاصة سوف تخضع لتدخل كبير, بما في ذلك بشكل رئيسي EMI وREI.

على سبيل المثال, في تطبيق اكتساب درجة حرارة المحرك, يتسبب التحكم في المحرك والدوران عالي السرعة للمحرك في حدوث اضطرابات عالية التردد.

هناك أيضًا عدد كبير من سيناريوهات التحكم في درجة الحرارة داخل مركبات الطيران والفضاء, التي تقيس وتتحكم في نظام الطاقة ونظام التحكم البيئي. جوهر التحكم في درجة الحرارة هو قياس درجة الحرارة. نظرًا لأن مقاومة الثرمستور يمكن أن تتغير خطيًا مع درجة الحرارة, يعد استخدام المقاومة البلاتينية لقياس درجة الحرارة طريقة فعالة لقياس درجة الحرارة عالية الدقة. المشاكل الرئيسية هي كما يلي:
1. يتم إدخال المقاومة على سلك الرصاص بسهولة, مما يؤثر على دقة قياس المستشعر;
2. في بعض بيئات التداخل الكهرومغناطيسي القوية, قد يتم تحويل التداخل إلى خرج تيار مستمر بعد التصحيح بواسطة مضخم الأجهزة
خطأ في الإزاحة, تؤثر على دقة القياس.
5.1 دائرة الاستحواذ الفضائية الجوية PT1000

دائرة الاستحواذ الفضائية الجوية PT1000

ارجع إلى تصميم دائرة اقتناء PT1000 المحمولة جواً لمقاومة التداخل الكهرومغناطيسي في طيران معين.

يتم تعيين مرشح في الطرف الخارجي لدائرة الاستحواذ. تعتبر دائرة المعالجة المسبقة للاستحواذ PT1000 مناسبة للمعالجة المسبقة للتداخل الكهرومغناطيسي لواجهة المعدات الإلكترونية المحمولة جواً;
الدائرة المحددة هي:
يتم تحويل جهد الدخل +15 فولت إلى مصدر جهد عالي الدقة +5 فولت من خلال منظم الجهد, ويتم توصيل مصدر الجهد العالي الدقة +5V مباشرة بالمقاوم R1.
وينقسم الطرف الآخر من المقاوم R1 إلى مسارين, واحد متصل بالإدخال في الطور لمضخم العمليات, والآخر متصل بالمقاوم PT1000 A من خلال مرشح T-type S1. يتم توصيل خرج مضخم التشغيل بالمدخل المقلوب لتكوين تابع للجهد, ويتم توصيل الإدخال المقلوب بالمنفذ الأرضي لمنظم الجهد للتأكد من أن الجهد عند الإدخال في الطور يكون دائمًا صفرًا. بعد المرور عبر مرشح S2, ينقسم أحد طرفي المقاومة PT1000 إلى مسارين, يتم استخدام مسار واحد كطرف إدخال الجهد التفاضلي D من خلال المقاوم R4, والمسار الآخر متصل بـ AGND من خلال المقاوم R2. بعد المرور عبر مرشح S3, وينقسم الطرف الآخر B للمقاوم PT1000 إلى مسارين, يتم استخدام مسار واحد كطرف إدخال الجهد التفاضلي E من خلال المقاوم R5, والمسار الآخر متصل بـ AGND من خلال المقاوم R3. يتم توصيل D و E من خلال مكثف C3, يتم توصيل D بـ AGND من خلال المكثف C1, ويتم توصيل E بـ AGND من خلال المكثف C2; يمكن حساب قيمة المقاومة الدقيقة لـ PT1000 عن طريق قياس الجهد التفاضلي بين D وE.

يتم تحويل جهد الدخل +15 فولت إلى مصدر جهد عالي الدقة +5 فولت من خلال منظم الجهد. يتم توصيل +5V مباشرة بـ R1. وينقسم الطرف الآخر من R1 إلى مسارين, يتم توصيل أحدهما بمحطة الإدخال في الطور لمضخم التشغيل, والآخر متصل بالمقاوم PT1000 A من خلال مرشح T-type S1. يتم توصيل خرج مضخم التشغيل بالمدخل المقلوب لتكوين تابع للجهد, ويتم توصيل المدخلات المقلوبة بالمنفذ الأرضي لمنظم الجهد للتأكد من أن الجهد عند المدخلات المقلوبة يكون دائمًا صفرًا. في هذا الوقت, التيار المتدفق عبر R1 ثابت 0.5 مللي أمبير. يستخدم منظم الجهد AD586TQ/883B, ويستخدم مضخم العمليات OP467A.

بعد المرور عبر مرشح S2, ينقسم أحد طرفي المقاومة PT1000 إلى مسارين, واحد من خلال المقاوم R4 كطرف دخل الجهد التفاضلي D, وواحد من خلال المقاوم R2 إلى AGND; بعد المرور عبر مرشح S3, وينقسم الطرف الآخر B للمقاوم PT1000 إلى مسارين, واحد من خلال المقاوم R5 كطرف دخل الجهد التفاضلي E, وواحد من خلال المقاوم R3 إلى AGND. يتم توصيل D و E من خلال مكثف C3, يتم توصيل D بـ AGND من خلال المكثف C1, ويتم توصيل E بـ AGND من خلال المكثف C2.
مقاومة R4 و R5 هي 4.02 كيلو أوم, مقاومة R1 و R2 هي 1M أوم, السعة C1 و C2 هي 1000pF, والسعة C3 هي 0.047 فائق التوهج. ر4, ص5, ج1, ج2, وC3 يشكلان معًا شبكة مرشح RFI, الذي يكمل تصفية الترددات المنخفضة لإشارة الدخل, وتشمل الكائنات المراد تصفيتها تداخل الوضع التفاضلي وتداخل الوضع الشائع المحمول في الإشارة التفاضلية للإدخال. يظهر في الصيغة حساب تردد القطع -3dB لتداخل الوضع المشترك وتداخل الوضع التفاضلي المحمول في إشارة الدخل:

استبدال قيمة المقاومة في الحساب, تردد قطع الوضع الشائع هو 40 كيلو هرتز, وتردد قطع الوضع التفاضلي هو 2.6 كيلو هرتز.
يتم توصيل نقطة النهاية B بـ AGND من خلال مرشح S4. فيما بينها, يتم توصيل جميع أطراف المرشح الأرضية من S1 إلى S4 بأرضية التدريع للطائرة. نظرًا لأن التيار المتدفق عبر PT1000 معروف بـ 0.05 مللي أمبير, يمكن حساب قيمة المقاومة الدقيقة لـ PT1000 عن طريق قياس الجهد التفاضلي عند طرفي D وE.
تستخدم S1 إلى S4 مرشحات من النوع T, الموديل GTL2012X‑103T801, مع تردد قطع 1M ± 20%. تقدم هذه الدائرة مرشحات الترددات المنخفضة إلى خطوط الواجهة الخارجية وتقوم بإجراء تصفية RFI على الجهد التفاضلي. كدائرة معالجة مسبقة لـ PT1000, فهو يزيل بشكل فعال تداخل الإشعاع الكهرومغناطيسي وRFI, مما يحسن بشكل كبير من موثوقية القيم التي تم جمعها. فضلاً عن ذلك, يتم قياس الجهد مباشرة من طرفي المقاوم PT1000, القضاء على الخطأ الناجم عن مقاومة الرصاص وتحسين دقة قيمة المقاومة.

5.2 مرشح من النوع T
يتكون المرشح من النوع T من ملفين ومكثفات. كلا طرفيه لهما مقاومة عالية, وأداء فقدان الإدراج الخاص به مشابه لأداء مرشح النوع π, ولكنها ليست عرضة ل “رنين” ويمكن استخدامها في تبديل الدوائر.