PT100/PT1000 решение за верига за събиране на температура

1. Таблица за промяна на температурата на PT100 и PT1000
Метални термични резистори като никел, Медните и платиновите резистори имат положителна корелация с промяната в съпротивлението с температурата. Платината има най-стабилни физични и химични свойства и е най-широко използвана. Диапазонът на измерване на температурата на често използвания платинен резистор PT100 е -200 ～ 850 ℃. Освен това, Диапазорите на измерване на температурата на PT500, Pt1000, и т.н. последователно се намаляват. Pt1000, Диапазон на измерване на температурата -200 ～ 420 ℃. Съгласно международния стандарт IEC751, температурните характеристики на платинения резистор Pt1000 отговарят на следните изисквания:

Pt1000 температурна характеристична крива

Според температурната характеристична крива Pt1000, Наклонът на характеристичната крива на съпротивлението се променя малко в рамките на нормалния диапазон на работна температура (както е показано на фигура 1). Чрез линейно приспособяване, Приблизителната връзка между съпротивлението и температурата е:

1.1 PT100 таблица за промяна на температурната устойчивост

PT100 таблица за промяна на температурната устойчивост

1.2 PT1000 Таблица за промяна на съпротивлението на температурата

PT1000 Таблица за промяна на съпротивлението на температурата

2. Често използвани решения за схеми за придобиване

2.1 Резисторно напрежение Отдел Изход 0 ~ 3.3V/3V Аналогово напрежение

Директно придобиване на Ad Port с едно чип
Диапазонът на изходното напрежение на веригата за измерване на температурата е 0~3,3 V, PT1000 (Стойността на съпротивлението PT1000 се променя значително, Чувствителността към измерване на температурата е по -висока от PT100; PT100 е по-подходящ за измерване на температура в голям мащаб).

Разделител на резисторното напрежение 0 ~ 3.3V 3V аналогов напрежение

Най-простият начин е да използвате метода на разделяне на напрежението. Напрежението е референтен източник на напрежение 4V, генериран от чипа за референтен източник на напрежение TL431, или Ref3140 може да се използва за генериране на 4.096V като референтен източник. Чиповете на референтния източник също включват ref3120, 3125, 3130, 3133, и 3140. Чипът използва пакета SOT-32 и 5V входно напрежение. Изходното напрежение може да бъде избрано според необходимото референтно напрежение. разбира се, Според нормалния вход на напрежението на MCU AD порта, не може да надвишава 3V/3.3V.

2.2 Резисторно напрежение Отдел Изход 0 ~ 5V Аналогово напрежение MCU AD порт Директно придобиване.
разбира се, Някои вериги използват 5V MCU захранване, и максималният работен ток на PT1000 е 0,5mA, Така че трябва да се използва подходяща стойност на съпротивлението, за да се гарантира нормалната работа на компонентите.
например, 3.3V в схематичната диаграма на отделението за напрежение по -горе се заменя с 5V. Предимството на това е, че 5V разделението на напрежението е по -чувствително от 3.3V, и придобиването е по -точно. Помнете, теоретично изчисленото изходно напрежение не може да надвишава +5V. В противен случай, Това ще причини щети на MCU.

2.3 Най-често използваното измерване на моста
R11, R12, R13 и PT1000 се използват за образуване на измервателен мост, където R11=R13=10k, R12 = 1000R Прецизни резистори. Когато стойността на съпротивлението на Pt1000 не е равна на стойността на съпротивлението на R12, Мостът ще изведе сигнал за разлика на напрежението на ниво MV. Този сигнал за разлика в напрежението се усилва от веригата на усилвателя на инструмента и извежда желания сигнал за напрежение. Този сигнал може да бъде свързан директно с чипа за преобразуване на AD или AD порта на микроконтролера.

R11, R12, R13 и PT1000 се използват за образуване на мост за измерване

Принципът на измерване на съпротивлението на тази верига:
1) PT1000 е термистор. Тъй като температурата се променя, Съпротивлението се променя основно линейно.
2) При 0 степени, съпротивлението на PT1000 е 1kΩ, тогава Ub и Ua са равни, това е, Уба = Уб – Направи = 0.
3) Ако приемем, че при определена температура, съпротивлението на PT1000 е 1.5kΩ, тогава Ub и Ua не са равни. Според принципа на разделението на напрежението, можем да разберем, че UBA = UB – Направи > 0.
4) OP07 е операционен усилвател, и усилването на напрежението му зависи от външната верига, където A = R2/R1 = 17.5.
5) Изходното напрежение Uo на OP07 = Uba * А. Така че, ако използваме волтметър за измерване на изходното напрежение на OP07, можем да изведем стойността на Uab. Тъй като Ua е известна стойност, можем допълнително да изчислим стойността на Ub. Тогава, Използване на принципа на разделяне на напрежението, можем да изчислим стойността на специфичното съпротивление на PT1000. Този процес може да бъде постигнат чрез софтуерно изчисление.
6) Ако знаем стойността на съпротивлението на PT1000 при всяка температура, Трябва само да потърсим таблицата въз основа на стойността на съпротивлението, за да знаем текущата температура.

2.4 Източник на постоянен ток
Поради ефекта на самонагряване на термичния резистор, Токът, преминаващ през резистора, трябва да бъде възможно най -малък. Общо взето, Очаква се токът да бъде по -малък от 10mA. Проверено е, че самонагряването на платинения резистор PT100 на 1 MW ще доведе до промяна на температурата от 0,02-0,75 ℃. Следователно, Намаляването на тока на платиновия резистор PT100 също може да намали промяна на температурата му. Въпреки това, ако токът е твърде малък, той е податлив на шумови смущения, Така че стойността обикновено е 0.5-2 mA, така че източникът на постоянен ток е избран като източник на постоянен ток 1mA.

Чипът е избран като чип на източник на постоянно напрежение TL431, и след това се преобразува в постоянен източник на ток, използвайки текуща отрицателна обратна връзка. Веригата е показана на фигурата

Сред тях, Оперативният усилвател CA3140 се използва за подобряване на товарния капацитет на източника на тока, и формулата за изчисление на изходния ток е:

Резисторът трябва да бъде a 0.1% прецизен резистор. Крайният изходен ток е 0,996mA, това е, точността е 0.4%.

Веригата на източника на постоянен ток трябва да има следните характеристики

Изберете CHIP на източника на постоянно напрежение TL431

Температурна стабилност: Тъй като нашата среда за измерване на температурата е 0-100 ℃, изходът на източника на ток не трябва да е чувствителен към температура. TL431 има изключително ниско температурен коефициент и ниска температура.

Добро регулиране на натоварването: Ако текущата пулсация е твърде голяма, това ще доведе до грешки при четене. Според теоретичния анализ, Тъй като входното напрежение варира между 100-138,5MV, и диапазонът на измерване на температурата е 0-100 ℃, точността на измерване на температурата е ±1 градус по Целзий, така че изходното напрежение трябва да се променя с 38,5/100=0,385mV за всеки 1℃ увеличение на температурата на околната среда. За да се гарантира, че текущата флуктуация не влияе на точността, разгледайте най-крайния случай, при 100 градуси по Целзий, стойността на съпротивлението на PT100 трябва да бъде 138.5R. Тогава текущата пулсация трябва да е по-малка от 0,385/138,5=0,000278mA, това е, Текущата промяна по време на промяната на натоварването трябва да бъде по -малка от 0,000278mA. В действителната симулация, източникът на ток остава основно непроменен.
3. AD623 решение за схема за придобиване

AD623 Придобиване на PT1000 Разтвор на верига

Принципът може да се отнася до горния принцип на измерване на моста.
Придобиване при ниска температура:

Придобиване при висока температура

4. AD620 решение за схема за събиране

Решение за придобиване на AD620 PT100

Решение за придобиване на AD620 PT100 Висока температура (150°):

Решение за придобиване на AD620 PT100 ниска температура (-40°):

AD620 PT100 Решение за придобиване на стайна температура (20°):

5. PT100 и PT1000 Анализ на филтриране срещу интерференция

Придобиване на температура в някакъв комплекс, суровите или специални среди ще бъдат обект на големи смущения, главно включително EMI и REI.

например, при прилагане на измерване на температурата на двигателя, Контрол на двигателя и високоскоростно въртене на двигателя причиняват високочестотни смущения.

Съществуват и голям брой сценарии за контрол на температурата в авиационни и космически превозни средства, които измерват и контролират енергийната система и системата за контрол на околната среда. Ядрото на контрола на температурата е измерването на температурата. Тъй като съпротивлението на термистора може да се променя линейно с температурата, използването на платинено съпротивление за измерване на температура е ефективен метод за измерване на температура с висока точност. Основните проблеми са следните:
1. Съпротивлението на водещия проводник се въвежда лесно, като по този начин се влияе върху точността на измерване на сензора;
2. В някои силни електромагнитни смущения, Интерференцията може да бъде преобразувана в постоянен ток след коригиране от усилвателя на инструмента
Грешка в компенсиране, влияе върху точността на измерване.
5.1 Аерокосмическа въздушна PT1000 верига за придобиване

Аерокосмическа въздушна PT1000 верига за придобиване

Обърнете се към дизайна на бордова PT1000 верига за събиране на данни за антиелектромагнитни смущения в определена авиация.

Филтър е поставен в най-външния край на веригата за събиране. Предварителната схема за придобиване на PT1000 е подходяща за антиелектромагнитна интерференция предварителна обработка на интерфейс за електронно оборудване във въздуха;
Специфичната верига е:
Входното напрежение +15V се преобразува в източник на напрежение +5V с висока точност чрез регулатор на напрежението, и източникът на напрежение +5V +5V е директно свързан към резистора R1.
Другият край на резистора R1 е разделен на два пътя, един свързан към синфазния вход на операционния усилвател, а другият, свързан към резистора PT1000 в края през T-тип филтър S1. Изходът на операционния усилвател е свързан към инвертиращия вход, за да образува последовател на напрежение, и инвертиращият вход е свързан към заземяващия порт на регулатора на напрежението, за да се гарантира, че напрежението на синфазния вход винаги е нула. След преминаване през филтър S2, единият край A на резистора PT1000 е разделен на два пътя, Един път се използва като вход на диференциален вход на напрежение D през резистор R4, а другият път е свързан с AGND чрез резистор R2. След преминаване през филтър S3, другият край B на резистора PT1000 е разделен на два пътя, Един път се използва като вход на диференциален вход на напрежението Е през резистор R5, а другият път е свързан с AGND чрез резистор R3. D и E са свързани чрез кондензатор C3, D е свързан към AGND чрез кондензатор C1, и E е свързан към AGND чрез кондензатор C2; Точната стойност на съпротивлението на PT1000 може да бъде изчислена чрез измерване на диференциалното напрежение между D и E.

Входното напрежение +15V се преобразува в източник на напрежение +5V с висока точност чрез регулатор на напрежението. +5V е директно свързан към R1. Другият край на R1 е разделен на две пътеки, Единият е свързан към входния терминал във във вътрешността на усилвателя на OP, а другият е свързан към PT1000 резистора A чрез T-тип филтър S1. Изходът на операционния усилвател е свързан към инвертиращия вход, за да образува последовател на напрежение, и инвертиращият вход е свързан към заземяващия порт на регулатора на напрежението, за да се гарантира, че напрежението на инвертиращия вход винаги е нула. По това време, токът, протичащ през R1, е постоянен 0,5mA. Регулаторът на напрежението използва AD586TQ/883B, а операционният усилвател използва OP467A.

След преминаване през филтър S2, единият край A на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R4 като край на входа на диференциалното напрежение D, и един през резистор R2 към AGND; След преминаване през филтъра S3, другият край B на резистора PT1000 е разделен на два пътя, един през резистор R5 като край на входа на диференциалното напрежение E, и един през резистор R3 към AGND. D и E са свързани чрез кондензатор C3, D е свързан към AGND чрез кондензатор C1, и E е свързан към AGND чрез кондензатор C2.
Съпротивлението на R4 и R5 е 4,02k ома, съпротивлението на R1 и R2 е 1M ома, капацитетът на C1 и C2 е 1000pF, и капацитетът на C3 е 0.047uF. R4, R5, C1, C2, и C3 заедно образуват RFI филтърна мрежа, което завършва нискочестотното филтриране на входния сигнал, и обектите, които трябва да бъдат филтрирани, включват интерференцията на диференциален режим и общите смущения в режима, носени във входния диференциален сигнал. Изчисляването на граничната честота от -3dB на смущенията в общ режим и смущенията в диференциалния режим, носени във входния сигнал, е показано във формулата:

Заместване на стойността на съпротивлението в изчислението, граничната честота на общия режим е 40 kHz, и граничната честота на диференциалния режим е 2,6 KHZ.
Крайна точка B е свързана към AGND чрез филтър S4. Сред тях, клемите за заземяване на филтъра от S1 до S4 са свързани към екраниращата маса на самолета. Тъй като токът, протичащ през PT1000, е известен 0,05 mA, точната стойност на съпротивлението на PT1000 може да се изчисли чрез измерване на диференциалното напрежение в двата края на D и E.
S1 до S4 използват Т-тип филтри, модел GTL2012X‑103T801, С честота на прекъсване 1M ± 20%. Тази схема въвежда нискочестотни филтри към външните интерфейсни линии и извършва RFI филтриране на диференциалното напрежение. Като схема за предварителна обработка за PT1000, той ефективно елиминира електромагнитни и радиочестотни смущения, което значително подобрява надеждността на събраните стойности. Освен това, напрежението се измерва директно от двата края на резистора PT1000, елиминиране на грешката, причинена от съпротивлението на оловото, и подобряване на точността на стойността на съпротивлението.

5.2 Т-тип филтър
Филтърът тип Т се състои от два индуктора и кондензатора. И двата му края имат висок импеданс, и производителността му при вмъкнати загуби е подобна на тази на π-тип филтър, но не е склонен към “звънене” и може да се използва в превключващи вериги.