اكتساب درجة الحرارة 2, 3, وأجهزة استشعار درجة حرارة PT100 4 سلك

يقدم المقال كيف 2, 3, ويتم تحويل أجهزة استشعار PT100 ذات 4 أسلاك إلى إشارات الجهد من خلال تغييرات المقاومة, ويستخدم مصدر تيار ثابت لحماية المستشعر وضمان دقة تحويل الإشارة. يكتسب مستشعر PT100 درجة حرارة عن طريق قياس التغير في مقاومته الكهربائية, الذي يرتبط مباشرة بدرجة الحرارة التي يتعرض لها; مع زيادة درجة الحرارة, تزداد مقاومة العنصر البلاتيني داخل المستشعر أيضًا, السماح بحساب دقيق لدرجة الحرارة بناءً على تغيير المقاومة هذا; أساسا, ال “100” في PT100 يدل على أن المستشعر لديه مقاومة 100 أوم عند 0 درجة مئوية, وتتغير هذه القيمة بشكل متوقع مع تقلبات درجة الحرارة. يؤكد تطبيق مكبر الصوت التشغيلي MCP604 في تصميم الدوائر على تأثير خصائصه مثل انخفاض جهد إزاحة الإدخال والتيار المتحيز على الدقة. يتم استخدام معايرة البرامج لتحسين الدقة في تصميم الدوائر, تجنب إزعاج التكيف البدني. أخيراً, تعطي المقالة صيغة العلاقة بين درجة الحرارة وقيمة مقاومة البلاتين, والذي يستخدم لحساب قيمة درجة الحرارة.

تصميم اكتساب درجة الحرارة لجهاز استشعار درجة الحرارة PT100 ذو سلكين

اكتساب درجة الحرارة لمستشعر درجة الحرارة PT100 ثلاثي الأسلاك المخصص في الصين

اكتساب درجة الحرارة من مستشعر درجة حرارة 4-ware

النقاط الرئيسية حول اكتساب درجة الحرارة PT100:
كاشف درجة حرارة المقاومة (الحق في التنمية):
PT100 هو نوع من RTD, مما يعني أنه يقيس درجة الحرارة عن طريق الكشف عن التغيرات في مقاومته الكهربائية.
عنصر البلاتين:
عنصر الاستشعار في PT100 مصنوع من البلاتين, والذي يظهر علاقة خطية ومستقرة للغاية بين المقاومة ودرجة الحرارة.
عملية القياس: يتم وضع المستشعر في البيئة التي تحتاج إلى قياس درجة الحرارة.
يتم قياس مقاومة عنصر البلاتين باستخدام دائرة إلكترونية مخصصة.
يتم بعد ذلك تحويل قيمة المقاومة المقاسة إلى درجة حرارة باستخدام صيغة رياضية تعتمد على معامل درجة الحرارة المعروف للبلاتين.

مزايا أجهزة الاستشعار PT100:
دقة عالية: يعتبر أحد أكثر أجهزة استشعار درجة الحرارة المتاحة دقة بسبب السلوك المستقر للبلاتين.
نطاق درجة حرارة واسعة:　يمكن قياس درجات الحرارة من -200 درجة مئوية إلى 850 درجة مئوية حسب تصميم المستشعر.
خطي جيد: العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة خطية نسبيا, تبسيط تفسير البيانات.

اعتبارات هامة:
معايرة: لضمان قياسات دقيقة, تحتاج أجهزة الاستشعار PT100 إلى معايرة منتظمة وفقًا لمعيار مرجعي.
مقاومة سلك الرصاص: يمكن أن تؤثر مقاومة أسلاك التوصيل على دقة القياس, لذلك غالبًا ما يكون من الضروري النظر بشكل مناسب في تعويض سلك الرصاص.
ملاءمة التطبيق: بينما دقيقة للغاية, قد لا تكون أجهزة الاستشعار PT100 مناسبة للبيئات أو التطبيقات القاسية للغاية التي تتطلب أوقات استجابة سريعة جدًا.

1. المبادئ الأساسية للحصول على الإشارة
يقوم PT100 بتحويل إشارات درجة الحرارة إلى مخرجات مقاومة, وتتراوح قيمة مقاومته من 0 إلى 200Ω. يمكن لمحول AD تحويل الجهد فقط ولا يمكنه جمع درجة الحرارة مباشرة. لذلك, مطلوب مصدر تيار ثابت 1 مللي أمبير لتشغيل PT100 وتحويل تغييرات المقاومة إلى تغيرات في الجهد. تتمثل فائدة استخدام مصدر تيار ثابت في أنه يمكن أن يطيل عمر المستشعر. بما أن نطاق إشارة الإدخال هو 0 إلى 200 مللي فولت, يجب تضخيم الإشارة ثم تحويلها للحصول على بيانات الإشارة الكهربائية.

أسباب عدم استخدام تصميم مصدر الجهد الثابت:

إذا تم استخدام مصدر جهد ثابت لإمدادات الطاقة, ومن ثم يتم توصيل المقاوم وPT100 على التوالي, ويتم تقسيم الجهد, هناك مشكلة. عندما تكون مقاومة PT100 صغيرة جدًا, التيار المتدفق عبر PT100 كبير جدًا, مما يؤدي إلى عمر أقصر للمستشعر.

2. يستخدم مضخم العمليات MCP604
مميزات MCP604:
1) نطاق الجهد 2.7 ~ 6.0 فولت
2) الإخراج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية
3) نطاق درجة حرارة التشغيل: -40درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية
4) جهد إزاحة الإدخال هو ±3mV, القيمة النموذجية هي 1mV, حساسية عالية.
5) تيار انحياز الإدخال هو 1pA, عندما TA = +85 درجة مئوية, أنا = 20 باسكال, يحسن دقة الاستحواذ.
6) تأرجح الجهد الناتج الخطي: VSS+0.1 ~ VDD-0.1, الوحدة هي V.

عندما يكون جهد مصدر الطاقة 3.3 فولت, سوينغ الجهد الناتج الخطي هو 0.1 ~ 3.2 فولت. للتأكد من أن الإشارة المضخمة تعمل في المنطقة الخطية, عندما VDD = 3.3V, قمنا بضبط جهد الخرج MCP604 ليبقى عند: 0.5V ~ 2.5V لتلبية متطلبات تصميم دائرة أمبير.

يعد مضخم العمليات الموجود في كتاب الإلكترونيات التناظرية مضخمًا تشغيليًا مثاليًا, وهو يختلف عن مكبر الصوت الفعلي. لذلك, فمن الضروري النظر “إدخال تعويض الجهد”, “المدخلات التحيز الحالي” و “تأرجح الجهد الناتج الخطي” عند التصميم.

3. مخطط الدائرة
R11 في الشكل عبارة عن دائرة متحيزة لمنع المرحلة الأخيرة من خرج مكبر الصوت التفاضلي من تشويه التشبع.
1) حدد عامل تضخيم مناسب لتقليل خطأ الإخراج. بسبب وجود جهد إزاحة المدخلات, عندما يزيد عامل التضخيم, سيزداد خطأ الإخراج أيضًا, والتي يجب مراعاتها في التصميم.
2) عامل التضخيم لهذه الدائرة هو 10. بافتراض أن جهد إزاحة الإدخال النموذجي هو 3mV, إذا تغيرت إشارة الإدخال إلى 5mV, 2لن يتم تضخيم بالسيارات, والتي سوف تنتج خطأ إخراج 20mV.

كاشف درجة الحرارة PT100 op amp باستخدام مخطط الدائرة MCP604

Vo4 = (فين1 – Vref)*10
أنا = 1 مللي أمبير, Vref=Vo3=1.65V
1.7V<=فين<=1.9 فولت, 1.7V<=V02<=1.9
1.8V<=Vo1<=2V, تأكد من أن المرجع يعمل في المنطقة الخطية, هذا مهم جدا
0.5V<=Vo4<=2.5 فولت, تأكد من أن المرجع يعمل في المنطقة الخطية, ولهذا السبب هناك حاجة إلى 50Ω على التوالي.

عندما تتغير مقاومة الإدخال بمقدار 1Ω, يتغير Vout إلى 10mV. نظرًا لأن جهد تعويض الإدخال لـ MCP604 هو ± 3mV, عندما يكون هناك تغيير قدره 0.3333Ω, سيكون هناك تغيير قدره 3.333mV, وحساسية الاستحواذ عالية.
عندما 0<=رين<=200Ω المدخلات, بما أن الحلقة متصلة على التوالي بـ 50Ω, 50أوه<=آر إكس<= 250 أوم
فين1 – فريف = آر × 0.001, الوحدة أ

4. معايرة البرمجيات
يحاول المهندسون الجدد دائمًا تحسين دقة المقاومات, ولكن الخطأ لا يزال كبيرا. يستخدم بعض المهندسين ببساطة مقاومات قابلة للتعديل بشكل مستمر, ضبط قيم المقاومة الخاصة بهم, واستخدم المقاييس المتعددة لجعل الإخراج يتوافق مع علاقة النقل. ويبدو أن هذه الدقة قد تحسنت, ولكنها ليست مناسبة للإنتاج, كما تزداد صعوبة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. حتى لو تم التصحيح, إذا تم لمس برغي الضبط باليد, قد يسبب أخطاء. الطريقة الوحيدة هي استخدام المقاومات الثابتة للإنتاج واستخدام البرامج للمساعدة في تحقيق المعايرة الدقيقة.
1) عندما رين = 0, اقرأ قيمة الجهد وسجلها على أنها V50. حفظ V50, لن يتغير مع تغيير قيمة المقاومة PT100 لأنه مدعوم من مصدر تيار ثابت.
2) قم بتوصيل المقاوم الاسمي, دع روبية = 100Ω, اقرأ قيمة الجهد وسجلها على أنها V150. حفظ V150, قراءة قيمة الجهد عندما تكون درجة الحرارة 0.
3) حساب عامل التضخيم الحالي: ايو = (V150 – V50) / روبية; أنقذني, فهذا يعني أن المعايرة قد تمت.
4) عندما تكون مقاومة الإدخال R, قراءة الجهد هي Vo, ثم ر = (صوت- V50) / آيو
من خلال الوصف أعلاه, معايرة البرمجيات لها مزايا كبيرة, ليس فقط الإنتاج المريح, ولكن أيضًا بدقة عالية. من أجل تحسين الدقة, يمكن أيضًا تقسيم جهد الخرج إلى عدة فترات, معايرة بشكل منفصل, ويمكن الحصول على Io مختلف, بحيث يكون خطية الإخراج أفضل. وتنعكس هذه الأفكار في تصميمي.

تصميم الدوائر OP AMP MCP604

5. احسب درجة الحرارة
عندما تكون درجة الحرارة أقل من 0,
ر0*ج*ر^4 – 100ر0*ج*ر^3 + ر0*ب*ر^2 + R0*أ*ر + R0 – غ = 0
عندما تكون درجة الحرارة أكبر من أو تساوي 0, غ = R0*(1+a*t+b*t*t)
وصف:
Rt هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند t°C
R0 هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند 0 درجة مئوية 100 أوم
أ=3.9082×10^-3
ب=-5.80195×10^-7
ج=-4.2735×10^-12

6. جهاز استشعار درجة الحرارة PT100
جهاز استشعار درجة الحرارة Pt100 هو جهاز استشعار الثرمستور ذو معامل درجة الحرارة الإيجابية, والمعايير التقنية الرئيسية هي كما يلي:
1) نطاق درجة حرارة القياس: -200درجه مئوية ~ +850 درجه مئوية;
2) قيمة الانحراف المسموح بها Δ°: الصف أ ±(0.15+0.002|ر|), الصف ب ±(0.30+0.005|ر|);
3) الحد الأدنى لعمق الإدراج: الحد الأدنى لعمق إدخال المقاومة الحرارية هو ≥200 مم;
4) التيار المسموح به: < 5أماه;
5) يتميز مستشعر درجة الحرارة Pt100 أيضًا بمزايا مقاومة الاهتزاز, استقرار جيد, دقة عالية, وارتفاع الضغط. المقاومة الحرارية البلاتينية لها خطية جيدة. عند التغيير بين 0 و 100 درجة مئوية, الحد الأقصى للانحراف غير الخطي أقل من 0.5 درجة مئوية;
عندما درجة الحرارة < 0, ر0*ج*ر^4 – 100ر0*ج*ر^3 + ر0*ب*ر^2 + R0*أ*ر + R0 – غ = 0
عندما تكون درجة الحرارة ≥ 0, غ = ر0*(1+a*t+b*t*t)
وفقا للعلاقة المذكورة أعلاه, نطاق المقاومة التقريبي هو: 18Ω~390.3Ω, -197درجة الحرارة هي 18Ω, 850أوم هو 390.3Ω;
وصف:
Rt هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند t°C, R0 هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند 0 درجة مئوية, 100أوه
أ=3.9082×10^-3, ب=-5.80195×10^-7, ج=-4.2735×10^-12
دليل تعليمات مستشعر درجة الحرارة المعدني البلاتيني PT100
6) تصميم الدوائر
7) العلاقة بين درجة الحرارة PT100 والمقاومة
درجة الحرارة والمقاومة PT100 تلبي المعادلة التالية:
عندما تكون درجة الحرارة ≥0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + ر0*ب*ر^2 + R0*أ*ر + R0 – غ = 0
عندما تكون درجة الحرارة ≥0, ر0*ب*ر^2 + R0*أ*ر + R0 – غ = 0

جدول مقارنة درجة الحرارة والمقاومة PT100

وصف:
Rt هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند t°C, R0 هي قيمة مقاومة المقاوم البلاتيني عند 0 درجة مئوية, 100أوه
أ=3.9082×10^-3, ب=-5.80195×10^-7, ج=-4.2735×10^-12

1. لسهولة الحساب, عندما تكون درجة الحرارة ≥0, يترك:
مزدوج أ=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4.2735/100000
مزدوج ب=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
مزدوج ج= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
مزدوج د=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
مزدوج ه= (100-غ)*100000
عندما تكون درجة الحرارة ≥ 0, أ*ت^4 + ب * ر ^ 3 + ج*ر^2 + د * ر + ه=0
حيث x3 هو حل PT100 عندما تكون درجة حرارته أقل من 0 درجة مئوية.

2. لسهولة الحساب, عندما تكون درجة الحرارة أكبر من أو تساوي 0
مزدوج أ= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
مزدوج ب=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
مزدوج ج= (100-غ)*100000
عندما تكون درجة الحرارة ≥0, أ*ت^2 + ب * ر + ج =0
ر = [ إس كيو آر تي( ب * ب – 4*أ * ج )-ب ] / 2 / أ
19.785Ω يتوافق مع -197 درجة مئوية, درجة حرارة النيتروجين السائل
18.486Ω يتوافق مع -200 درجة مئوية
96.085Ω يتوافق مع -10 درجة مئوية
138.505Ω يتوافق مع 100 درجة مئوية
175.845Ω يتوافق مع 200 درجة مئوية
247.045Ω يتوافق مع 400 درجة مئوية