المقاومات والدوائر من مجسات استشعار المقاومة الحرارية المعدنية PT100 وPT1000

تتكون دائرة اكتساب درجة الحرارة لمسبار المستشعر PT100 أو PT1000 عادةً من مصدر تيار ثابت لإثارة المستشعر, دائرة قياس المقاومة عالية الدقة لكشف تغير المقاومة مع درجة الحرارة, ومحول تناظري إلى رقمي (أدك) لتحويل الجهد المقاس إلى إشارة رقمية يمكن معالجتها بواسطة متحكم دقيق أو نظام الحصول على البيانات; الفرق الرئيسي بين دائرة PT100 وPT1000 هو مقياس قيم المقاومة نظرًا لأن Pt100 يتمتع بمقاومة اسمية قدرها 100 أوم عند 0 درجة مئوية بينما Pt1000 لديه 1000 أوم عند 0 درجة مئوية, غالبًا ما تتطلب تعديلات في دائرة القياس اعتمادًا على الدقة والتطبيق المطلوبين.

تقدم هذه المقالة تغيير المقاومة في مجسات مستشعر المقاومة الحرارية المعدنية PT100 وPT1000 عند درجات حرارة مختلفة, فضلا عن مجموعة متنوعة من حلول دوائر الحصول على درجة الحرارة. بما في ذلك تقسيم جهد المقاومة, قياس الجسر, مصدر تيار مستمر وAD623, دائرة الاستحواذ AD620. من أجل مقاومة التدخل, وخاصة التداخل الكهرومغناطيسي في مجال الطيران, يُقترح تصميم دائرة اكتساب مستشعر درجة الحرارة PT1000 المحمولة جواً, بما في ذلك مرشح من النوع T للتصفية وتحسين دقة القياس.
الملخص الذي تم إنشاؤه بواسطة CSDN من خلال التكنولوجيا الذكية

مستشعر كابل درجة الحرارة PT100 لقياس درجة الحرارة بدقة في الحاويات, الدبابات والأنابيب

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

مستشعر درجة الحرارة المقاومة البلاتينية PT100 لدرجة حرارة سطح جهاز الإرسال

حل دائرة اكتساب درجة الحرارة PT100/PT1000
1. جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة لأجهزة الاستشعار PT100 وPT1000
المقاومات الحرارية المعدنية مثل النيكل, المقاومات النحاسية والبلاتينية لها علاقة إيجابية مع تغير درجة الحرارة. 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, يتغير ميل منحنى خاصية المقاومة قليلاً ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل العادية (كما هو مبين في الشكل 1). يمكن الحصول على العلاقة التقريبية بين المقاومة ودرجة الحرارة من خلال التركيب الخطي:

جدول تغيير مقاومة درجات الحرارة PT100 1

2. حلول دوائر الاستحواذ شائعة الاستخدام

2. 1 المقاوم مقسم الجهد الناتج 0 ~ 3.3 فولت/3 فولت الجهد التناظري شريحة واحدة AD ميناء اكتساب مباشر
نطاق إخراج جهد دائرة قياس درجة الحرارة هو 0 ~ 3.3 فولت, PT1000 (تتغير قيمة المقاومة PT1000 بشكل كبير, وحساسية قياس درجة الحرارة أعلى من PT100; PT100 أكثر ملاءمة لقياس درجة الحرارة على نطاق واسع).

إن أبسط طريقة هي استخدام طريقة تقسيم الجهد. يتم إنشاء الجهد بواسطة شريحة مصدر الجهد المرجعي TL431, وهو مصدر مرجعي للجهد 4V. بدلاً عن ذلك, 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 الطبيعي لمنفذ AD الخاص بوحدة التحكم الدقيقة, لا يمكن أن يتجاوز 3 فولت/3.3 فولت.

PT100 شريحة واحدة AD الاستحواذ المباشر على دائرة المنفذ

2.2 المقاوم تقسيم الجهد الناتج 0 ~ 5 فولت الجهد التناظري, ويقوم منفذ AD الخاص بوحدة التحكم الدقيقة بتجميعها مباشرة.
بالطبع, يتم تشغيل بعض الدوائر بواسطة متحكم 5V, والحد الأقصى لتيار التشغيل لـ PT1000 هو 0.5 مللي أمبير, لذلك يجب استخدام قيمة مقاومة مناسبة لضمان التشغيل الطبيعي للمكون.
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 الجهد 3.3 فولت, والجمع أدق. يتذكر, لا يمكن أن يتجاوز جهد الخرج المحسوب النظري +5 فولت. خلاف ذلك, سوف تتلف وحدة التحكم الدقيقة.

2.3 قياس الجسر الأكثر استخدامًا

دائرة مقسم الجهد PT100 تنتج جهد تناظري 0 ~ 5 فولت

استخدم R11, ر12, R13 وPt1000 لتشكيل جسر القياس, حيث R11=R13=10k, R12 = 1000R المقاوم الدقة. عندما تكون قيمة المقاومة Pt1000 لا تساوي قيمة المقاومة R12, سيخرج الجسر إشارة فرق الجهد بمستوى mV. يتم تضخيم إشارة فرق الجهد هذه بواسطة دائرة مكبر الصوت وإخراج إشارة الجهد المطلوبة, والتي يمكن توصيلها مباشرة بشريحة تحويل AD أو منفذ AD الخاص بوحدة التحكم الدقيقة.

مبدأ قياس المقاومة لهذه الدائرة:

1) PT1000 هو الثرمستور, وتتغير مقاومتها بشكل خطي مع تغير درجة الحرارة.

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 مقسم الجهد, يمكننا أن نجد Uba = Ub – يفعل > 0.
4) OP07 هو مضخم تشغيلي, ويعتمد عامل تضخيم 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 مقسم 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 وفقًا لقيمة المقاومة لمعرفة درجة الحرارة الحالية.

2.4 مصدر تيار مستمر
بسبب تأثير التسخين الذاتي للمقاوم الحراري, من الضروري التأكد من أن التيار المتدفق عبر المقاوم صغير قدر الإمكان, وبشكل عام من المتوقع أن يكون التيار أقل من 10 مللي أمبير. تم التحقق من التسخين الذاتي للمقاوم البلاتيني PT100 1 ميغاواط سوف يسبب تغيرا في درجة الحرارة 0.02 إلى 0.75 درجة مئوية, لذا فإن تقليل تيار المقاومة البلاتينية PT100 يمكن أن يقلل أيضًا من تغير درجة الحرارة. لكن, إذا كان التيار صغيرًا جدًا, فهو عرضة لتداخل الضوضاء, لذلك يؤخذ عموما في 0.5 ل 2 أماه, لذلك يتم تحديد تيار المصدر الحالي الثابت كمصدر تيار ثابت 1mA.

الشريحة المحددة هي شريحة مصدر الجهد الثابت TL431, ومن ثم يتم استخدام التغذية الراجعة السلبية الحالية لتحويلها إلى مصدر تيار ثابت. تظهر الدائرة في الشكل:

المصدر الحالي المستمر لنظام اقتناء دائرة المقاوم PT100

يتم استخدام مضخم التشغيل CA3140 لتحسين سعة تحميل المصدر الحالي, وصيغة حساب تيار الإخراج هي:
أدخل وصف الصورة هنا. 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:
استقرار درجة الحرارة: نظرًا لأن بيئة قياس درجة الحرارة لدينا هي 0-100 درجة مئوية, يجب ألا يكون خرج المصدر الحالي حساسًا لدرجة الحرارة. وTL431 لديه معامل درجة حرارة منخفضة للغاية وانجراف في درجة 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 100-138.5mV, 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, يجب أن يكون التغير في التيار أثناء تغيير الحمل أقل من 0.000278 مللي أمبير. 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:

يقيس AD620 درجة حرارة عالية لمحلول اكتساب PT100 (150°)

اكتساب درجة حرارة عالية
أدخل وصف الصورة هنا

4. حل دائرة الاستحواذ AD620
حل اقتناء AD620 PT100 لدرجات الحرارة المرتفعة (150°):

يقيس AD620 محلول اقتناء PT100 عند درجة حرارة منخفضة (-40°)

حل اقتناء AD620 PT100 لدرجات الحرارة المنخفضة (-40°):

يقيس AD620 مخطط اكتساب PT100 في درجة حرارة الغرفة (20°)

حل اقتناء AD620 PT100 لدرجة حرارة الغرفة (20°):

دائرة اكتساب حساس درجة الحرارة العالية PT100

5. تحليل الترشيح المضاد للتداخل لأجهزة الاستشعار 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, اضطرابات عالية التردد ناتجة عن التحكم في المحرك والدوران عالي السرعة للمحرك.

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 خطأ إزاحة إخراج التيار المستمر بعد تصحيحه بواسطة مضخم الأجهزة, 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.

مخطط دائرة اقتناء AD623 لمستشعر PT100

يتم تعيين مرشح في الطرف الخارجي لدائرة الاستحواذ. تعتبر دائرة المعالجة المسبقة للاستحواذ PT1000 مناسبة للمعالجة المسبقة للتداخل الكهرومغناطيسي لواجهات المعدات الإلكترونية المحمولة جواً; الدائرة المحددة هي:
يتم تحويل جهد الدخل +15 فولت إلى مصدر جهد عالي الدقة +5 فولت من خلال منظم الجهد. يتم توصيل مصدر الجهد العالي الدقة +5V مباشرة بالمقاوم R1, والطرف الآخر للمقاومة R1 مقسم إلى مسارين. يتم توصيل أحدهما بنهاية 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 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, واحد من خلال المقاوم R4 كمدخل 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 كمدخل 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. يمكن حساب قيمة المقاومة الدقيقة لـ PT1000 عن طريق قياس الجهد التفاضلي عبر 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, واحد متصل بالإدخال في الطور لمضخم العمليات, والآخر متصل بالطرف A للمقاوم PT1000 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. يكمل مرشح RFI تصفية التمرير المنخفض لإشارة الدخل, وتشمل الكائنات التي تمت 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:

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, مع تردد قطع 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-سلك فئة B للتحكم في درجة الحرارة الصناعية العالية PT100 مستشعر درجة الحرارة المقاوم الحراري البلاتيني

K-E نوع ضغط الربيع الحرارية, PT100 مسبار استشعار درجة الحرارة

مستشعر درجة الحرارة PT100 عالي الدقة لقياس درجة حرارة المحول

5.2 مرشح من النوع T
أدخل وصف الصورة هنا
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.