3-Решение за измерване на проводници за PT100 (RTD) Сензор

LTSpice симулация на 3-проводна измервателна схема за PT100 (RTD) сензор: Pt100 е терморезисторен температурен сензор, пълното име е платинен резистор 100 ома. Изработен е от чиста платина, и неговата стойност на съпротивление нараства линейно в определена пропорция при промяна на температурата.

PT100, пълното име на платинения термичен резистор, е резистивен температурен датчик, изработен от платина (Пт), и неговата стойност на съпротивление се променя с температурата. The 100 след PT означава, че неговата стойност на съпротивление е 100 ома при 0 ℃, и стойността на съпротивлението му е около 138.5 ома при 100 ℃. Има характеристиките на висока точност, добра стабилност, силна способност против смущения, и връзката между неговото съпротивление и изменението на температурата е: R=R0(1+αT), където α =0,00392, Ro е 100Ω (стойност на съпротивление при 0 ℃), и Т е температура по Целзий.

PT100 температурна устойчивост, съответстваща на таблицата за промяна

2. Импортиране на резистор pt100
Тъй като в библиотеката с компоненти на LTspice няма pt100, трябва да импортираме pt100 ръчно. Тъй като файлът със спайс на pt100 не е намерен, ние внасяме плъзгащия резистор тук като заместител. За импортиране на плъзгащия резистор, трябва да добавите следните три файла в инсталационната директория на LTspice. Копирайте трите файла (възходящ, asy и lib) отделно, създайте файлове за всеки, и накрая ги поставете на съответното място на инсталацията на LTSpice. Поставете asc с други схеми, поставете asy в sym под lib, и поставете lib в sub под lib. След добавяне, можете да видите потенциометър в компонента в LTSpice. Този потенциометър е необходимият плъзгащ се резистор.

потенциометър_тест.asc

Версия 4
ЛИСТ 1 880 680
ТЕЛ 272 48 0 48
ТЕЛ 528 48 272 48
ТЕЛ 272 80 272 48
ТЕЛ 528 80 528 48
ТЕЛ 0 96 0 48
ТЕЛ 0 192 0 176
ТЕЛ 272 208 272 176
ТЕЛ 528 208 528 176
ФЛАГ 272 208 0
ФЛАГ 0 192 0
ФЛАГ 320 128 out1
ФЛАГ 528 208 0
ФЛАГ 576 128 out2
СИМВОЛ напрежение 0 80 R0
SYMATTR InstName V1
Стойност SYMATTR 10
СИМВОЛ потенциометър 272 176 M0
SYMATTR InstName U1
SYMATTR SpiceLine2 wiper=0,2
СИМВОЛ потенциометър 528 176 M0
SYMATTR InstName U2
SYMATTR SpiceLine R=1
SYMATTR SpiceLine2 wiper=0,8
ТЕКСТ 140 228 наляво 2 !.оп

потенциометър.asy

Версия 4
SymbolType БЛОК
ЛИНИЯ Нормална 16 -31 -15 -16
ЛИНИЯ Нормална -16 -48 16 -31
ЛИНИЯ Нормална 16 -64 -16 -48
ЛИНИЯ Нормална 1 -9 -15 -16
ЛИНИЯ Нормална 1 0 1 -9
ЛИНИЯ Нормална 1 -94 1 -87
ЛИНИЯ Нормална -24 -56 -16 -48
ЛИНИЯ Нормална -24 -40 -15 -48
ЛИНИЯ Нормална -47 -48 -15 -48
ЛИНИЯ Нормална -16 -80 16 -64
ЛИНИЯ Нормална 1 -87 -16 -80
ПРОЗОРЕЦ 0 30 -90 наляво 2
ПРОЗОРЕЦ 39 30 -50 наляво 2
ПРОЗОРЕЦ 40 31 -23 наляво 2
SYMATTR префикс X
SYMATTR ModelFile potentiometer.lib
SYMATTR SpiceLine R=1k
SYMATTR SpiceLine2 wiper=0,5
Потенциометър SYMATTR Value2
ПИН 0 -96 НЯМА 8
PINATTR PinName 1
PINATTR SpiceOrder 1
ПИН 0 0 НЯМА 8
PINATTR PinName 2
PINATTR SpiceOrder 2
ПИН -48 -48 НЯМА 8
PINATTR PinName 3
PINATTR SpiceOrder 3

потенциометър.lib

* Това е потенциометърът
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.SUBCKT потенциометър 1 2 3
.параметър w=лимит(чистачка,1м,.999)
R0 1 3 {R*(1-w)}
R1 3 2 {R*(w)}
.ЗАВЪРШВА

3. Мост на Уитстоун за измерване на съпротивление PT100

Връзка на мост Уитстоун и симулационен модел LTspice

Мост с едно рамо или верига на Уитстоун

Връзка на мост Уитстоун и симулационен модел LTspice:
Когато мостът е балансиран, стойността на измерване на напрежението eq?%5Cголям триъгълникU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

От това, може да се заключи, че: Rt/R3=R2/R4

това е: Rt*R4=R2*R3

Резултатът от измерването на съпротивлението по този начин няма нищо общо с точността на волтаметъра, точността на съпротивлението, и електродвижещата сила. Той избягва грешката, причинена от промяната на захранването с течение на времето, и избягва проблема с разделянето на напрежението на амперметъра, волтомер шунт, и твърде много разделяне на напрежението на проводника.

Различни методи за измерване на PT100:

Няколко водещи метода за P термичен резистор

Когато температурната точка, която трябва да се измери на място, е далеч от инструмента, е необходимо термичният резистор да се свърже с проводник. Съпротивлението на оловото е r. Двупроводната система не може да избегне грешката, причинена от съпротивлението на проводника по време на изчислението, и действителната измерена стойност на съпротивлението ще бъде по-малка.

Съпротивлението на термичния резистор плюс водещия проводник е r

За да се компенсира грешката, въвежда се четирипроводна връзка. Когато Rt се увеличи с 2r, R2 също се увеличава с 2r. Без значение колко е дълъг жицата, мостът може да бъде балансиран. Трябва да се изтеглят четири проводника. Тъй като напреженията в точките p и q са равни, те могат да бъдат еквивалентни на една точка, което е трипроводният метод на свързване, това е, методът на трипроводна връзка, симулиран в този експеримент. На практика, също се използва предимно трижилен, като се има предвид както икономичността, така и точността.

4. Трипроводно измерване LTSpice симулация

3-измерване на тел, и свържете веригата на операционния усилвател на изхода

Този експеримент използва трипроводно измерване, и свързва веригата на операционния усилвател към изходната част, за да усили изходния сигнал за лесно измерване.
Uo= (V1-V2)*(R17/R15)=20*(V1-V2)

това е, V1=(Uo+20*V2)/20

Според разделението на напрежението на резистора:

V1 = Vs*(RT/(R2+Rt))

V2 = Vs*(R10/(R9+R10))

Входното напрежение на тази симулация е 3V. След изчисление, V2≈108,434mV
V1=(Uo+2168,68)/20
V1=Rt/(R7+Rpt) *3000
И така: Rt=2000V1/(3000-V1)
Rt е съответната стойност на съпротивлението на PT100. Съответната стойност на температурата може да се получи, като се види в таблицата.
Задайте съпротивлението на плъзгащия се реостат (Rt) към 130.6 ома за температурата на 78 градуси по Целзий, прочетете V1, V2, и Uo за изчисляване на Rt.

Rt е съответната стойност на съпротивлението на PT100, съответната температурна стойност

V1 е около 182.82mV, V2 е около 118.46mV, и U0 е около 1.39V. Изчисленият Rpt е около 129,78 V. Таблицата показва, че отчетената температура е 76 градуси по Целзий, което е близо.

Задайте съпротивлението на плъзгащия се реостат (Rt) към 200.05 ома за температурата на 266.5 градуси по Целзий, прочетете V1, V2, и Uo за изчисляване на Rt.

V1 е около 270.45mV, V2 е около 118.46mV, и U0 е около 3.0257V. Изчисленият Rpt е около 198,16 V, и стойността на грешката е около 1%. Таблицата показва, че отчетената температура е 261.3 градуси по Целзий, с грешка около 1%.

Принципът на измерване на температурата на трипроводния PT100 се основава главно на мостовия метод. Измервателната верига обикновено е небалансиран мост, и PT100 се използва като резистор на рамото на моста. Когато токът преминава през PT100, промяната в неговата стойност на съпротивление ще доведе до промяна в изходното напрежение на моста. Чрез измерване на това изходно напрежение, може да се изчисли стойността на съпротивлението на PT100, и тогава може да се получи измерената температура.
За да се елиминира влиянието на оловното съпротивление, трипроводният PT100 има специален дизайн, свързване на един проводник към захранващия край на моста, а другите два проводника са свързани към рамото на моста, където се намира PT100 и рамото на моста в съседство с него. По този начин, двете рамена на моста въвеждат оловни съпротивления с еднаква стойност на съпротивление, така че мостът да е в балансирано състояние. Следователно, промяната в съпротивлението на проводника няма ефект върху резултата от измерването. Въпреки това, все още ще има влияния като устройства при действително измерване. Измерената стойност на съпротивлението не е точна. За да се отстрани тази грешка, може да се добави известна компенсация при четене.