المقاومات والدوائر من مجسات استشعار المقاومة الحرارية المعدنية PT100 وPT1000

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 (أدك) 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 أوم عند 0 درجة مئوية, 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, الدبابات والأنابيب

مسبار مستشعر درجة الحرارة T100 كابل درجة حرارة عالية -50 ~ 260

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

حل دائرة اكتساب درجة الحرارة PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
المقاومات الحرارية المعدنية مثل النيكل, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. يتمتع البلاتين بالخصائص الفيزيائية والكيميائية الأكثر استقرارًا وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. نطاق قياس درجة الحرارة لمجسات استشعار المقاومة البلاتينية Pt100 شائعة الاستخدام هو -200～850 درجة مئوية, ويتراوح قياس درجة الحرارة Pt500, مجسات الاستشعار PT1000, إلخ. يتم تخفيضها تباعا. PT1000, نطاق قياس درجة الحرارة هو -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, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (كما هو مبين في الشكل 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT100 1

2. حلول دوائر الاستحواذ شائعة الاستخدام

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
نطاق إخراج جهد دائرة قياس درجة الحرارة هو 0 ~ 3.3 فولت, PT1000 (تتغير قيمة المقاومة PT1000 بشكل كبير, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 أكثر ملاءمة لقياس درجة الحرارة على نطاق واسع).

إن أبسط طريقة هي استخدام طريقة تقسيم الجهد. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatively, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, و 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. يمكن اختيار جهد الخرج وفقًا للجهد المرجعي المطلوب. بالطبع, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, لا يمكن أن يتجاوز 3 فولت/3.3 فولت.

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.
بالطبع, 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.
على سبيل المثال, 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. يتذكر, لا يمكن أن يتجاوز جهد الخرج المحسوب النظري +5 فولت. خلاف ذلك, the microcontroller will be damaged.

2.3 قياس الجسر الأكثر استخدامًا

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

Use R11, ر12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, حيث R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. عندما تكون قيمة المقاومة Pt1000 لا تساوي قيمة المقاومة R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. يتم تضخيم إشارة فرق الجهد هذه بواسطة دائرة مكبر الصوت وإخراج إشارة الجهد المطلوبة, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

مبدأ قياس المقاومة لهذه الدائرة:

1) PT1000 هو الثرمستور, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – يفعل > 0.
4) OP07 هو مضخم تشغيلي, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, 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, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 مصدر تيار مستمر
بسبب تأثير التسخين الذاتي للمقاوم الحراري, 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. تم التحقق من التسخين الذاتي للمقاوم البلاتيني PT100 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. لكن, إذا كان التيار صغيرًا جدًا, فهو عرضة لتداخل الضوضاء, so it is generally taken at 0.5 ل 2 أماه, لذلك يتم تحديد تيار المصدر الحالي الثابت كمصدر تيار ثابت 1mA.

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. تظهر الدائرة في الشكل:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, وصيغة حساب تيار الإخراج هي:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% المقاوم الدقة. تيار الإخراج النهائي هو 0.996mA, إنه, الدقة هي 0.4%.
يجب أن تتمتع دائرة مصدر التيار الثابت بالخصائص التالية:
استقرار درجة الحرارة: نظرًا لأن بيئة قياس درجة الحرارة لدينا هي 0-100 درجة مئوية, يجب ألا يكون خرج المصدر الحالي حساسًا لدرجة الحرارة. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

تنظيم الحمل الجيد: إذا كان التموج الحالي كبيرًا جدًا, سوف يسبب أخطاء في القراءة. وفقا للتحليل النظري. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. في المحاكاة الفعلية, يبقى المصدر الحالي دون تغيير بشكل أساسي.

3. حل دائرة الاستحواذ AD623
يمكن أن يشير المبدأ إلى مبدأ قياس الجسر أعلاه.
اكتساب درجة حرارة منخفضة:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

اكتساب درجة حرارة عالية
Insert picture description here

4. حل دائرة الاستحواذ AD620
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
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, تؤثر على دقة القياس.

5.1 دائرة الاستحواذ الفضائية الجوية PT1000
ارجع إلى تصميم دائرة اقتناء PT1000 المحمولة جواً لمقاومة التداخل الكهرومغناطيسي في طيران معين.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

يتم تعيين مرشح في الطرف الخارجي لدائرة الاستحواذ. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
يتم تحويل جهد الدخل +15 فولت إلى مصدر جهد عالي الدقة +5 فولت من خلال منظم الجهد. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input D, وواحد من خلال المقاوم R2 إلى AGND. بعد المرور عبر مرشح S3, وينقسم الطرف الآخر B للمقاوم PT1000 إلى مسارين, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

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, واحد متصل بالإدخال في الطور لمضخم العمليات, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter 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. 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. يظهر في الصيغة حساب تردد القطع -3dB لتداخل الوضع المشترك وتداخل الوضع التفاضلي المحمول في إشارة الدخل:

دائرة الاستحواذ الفضائية الجوية PT1000

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, with a cutoff frequency of M±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.

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 مرشح من النوع T
Insert picture description here
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.