PT100/PT1000 rješenje kruga za prikupljanje temperature

1. Tablica promjene temperaturne otpornosti PT100 i PT1000
Metalni termički otpornici kao što je nikl, bakarni i platinasti otpornici imaju pozitivnu korelaciju s promjenom otpora s temperaturom. Platina ima najstabilnija fizička i hemijska svojstva i najčešće se koristi. Opseg mjerenja temperature najčešće korištenog platinskog otpornika Pt100 je -200～850 ℃. Osim toga, rasponi mjerenja temperature Pt500, Pt1000, itd. sukcesivno se smanjuju. Pt1000, Opseg mjerenja temperature -200～420 ℃. Prema međunarodnom standardu IEC751, temperaturne karakteristike platinskog otpornika Pt1000 ispunjavaju sljedeće zahtjeve:

Pt1000 temperaturna karakteristična kriva

Prema krivulji temperaturne karakteristike Pt1000, nagib krive otpornosti se malo mijenja unutar normalnog opsega radne temperature (kao što je prikazano na slici 1). Kroz linearnu montažu, približan odnos između otpora i temperature je:

1.1 PT100 tablica promjene temperaturne otpornosti

PT100 tablica promjene temperaturne otpornosti

1.2 PT1000 tablica promjene temperaturne otpornosti

PT1000 Tabela promjena temperaturne otpornosti

2. Često korištena rješenja akvizicionih krugova

2.1 Izlaz s podjelom napona otpornika 0~3.3V/3V analogni napon

Direktna akvizicija AD porta sa jednim čipom
Opseg izlaznog napona kruga za mjerenje temperature je 0~3.3V, PT1000 (Vrijednost otpora PT1000 se značajno mijenja, osjetljivost mjerenja temperature je veća od PT100; PT100 je pogodniji za mjerenje temperature velikih razmjera).

Otpornički djelitelj napona izlazi 0~3.3V 3V analogni napon

Najjednostavniji način je korištenje metode podjele napona. Napon je referentni izvor napona 4V koji generira TL431 čip referentnog izvora napona, ili REF3140 se može koristiti za generiranje 4.096V kao referentni izvor. Referentni izvorni čipovi također uključuju REF3120, 3125, 3130, 3133, i 3140. Čip koristi SOT-32 paket i 5V ulazni napon. Izlazni napon se može odabrati prema traženom referentnom naponu. Naravno, prema normalnom opsegu ulaznog napona MCU AD porta, ne može preći 3V/3.3V.

2.2 Izlaz s podjelom napona otpornika 0~5V analogni napon MCU AD port direktna akvizicija.
Naravno, neki sklopovi koriste 5V MCU napajanje, a maksimalna radna struja PT1000 je 0,5mA, tako da treba koristiti odgovarajuću vrijednost otpora kako bi se osigurao normalan rad komponenti.
Na primjer, 3,3V na gornjoj šematskoj shemi podjele napona je zamijenjeno sa 5V. Prednost ovoga je što je 5V naponska podjela osjetljivija od 3.3V, a akvizicija je tačnija. Zapamti, teoretski izračunati izlazni napon ne može preći +5V. Inače, to će uzrokovati oštećenje MCU-a.

2.3 Najčešće korišteno mjerenje mosta
R11, R12, R13 i Pt1000 se koriste za formiranje mjernog mosta, gdje je R11=R13=10k, R12=1000R precizni otpornici. Kada vrijednost otpora Pt1000 nije jednaka vrijednosti otpora R12, most će emitovati signal razlike napona na nivou mV. Ovaj signal razlike napona se pojačava krugom pojačala instrumenta i daje željeni signal napona. Ovaj signal se može direktno povezati na AD konverzijski čip ili AD port mikrokontrolera.

R11, R12, R13 i Pt1000 se koriste za formiranje mjernog mosta

Princip mjerenja otpora ovog kola:
1) PT1000 je termistor. Kako se temperatura mijenja, otpor se u osnovi mijenja linearno.
2) At 0 stepeni, otpor PT1000 je 1kΩ, tada su Ub i Ua jednaki, to jest, Uba = Ub – Do = 0.
3) Pod pretpostavkom da na određenoj temperaturi, otpor PT1000 je 1.5kΩ, tada Ub i Ua nisu jednaki. Po principu podjele napona, možemo saznati da je Uba = Ub – Uradi > 0.
4) OP07 je operaciono pojačalo, a njegovo pojačanje napona A zavisi od eksternog kola, gdje je A = R2/R1 = 17.5.
5) Izlazni napon Uo od OP07 = Uba * A. Dakle, ako koristimo voltmetar za mjerenje izlaznog napona OP07, možemo zaključiti vrijednost Uab. Pošto je Ua poznata vrijednost, možemo dalje izračunati vrijednost Ub. Onda, koristeći princip podjele napona, možemo izračunati specifičnu vrijednost otpora PT1000. Ovaj proces se može postići softverskim proračunom.
6) Ako znamo vrijednost otpora PT1000 na bilo kojoj temperaturi, samo trebamo pogledati tabelu na osnovu vrijednosti otpora da bismo znali trenutnu temperaturu.

2.4 Izvor konstantne struje
Zbog efekta samozagrijavanja termičkog otpornika, struja koja teče kroz otpornik treba da bude što manja. Generalno, očekuje se da struja bude manja od 10mA. Provjereno je da samozagrijavanje platinskog otpornika PT100 od 1 mW će uzrokovati promjenu temperature od 0,02-0,75℃. Stoga, smanjenjem struje platinskog otpornika PT100 može se smanjiti i promjena temperature. Međutim, ako je struja premala, podložan je smetnjama buke, tako da je vrijednost općenito 0.5-2 mA, tako da je struja izvora konstantne struje odabrana kao izvor konstantne struje od 1mA.

Čip je odabran kao izvor konstantnog napona čip TL431, a zatim se pretvara u izvor konstantne struje koristeći trenutnu negativnu povratnu spregu. Krug je prikazan na slici

Među njima, Operativno pojačalo CA3140 se koristi za poboljšanje nosivosti izvora struje, a formula za izračunavanje izlazne struje je:

Otpornik bi trebao biti a 0.1% precizni otpornik. Konačna izlazna struja je 0,996mA, to jest, tačnost je 0.4%.

Kolo izvora konstantne struje treba imati sljedeće karakteristike

Odaberite izvor konstantnog napona čip TL431

Temperaturna stabilnost: Budući da je naše okruženje za mjerenje temperature 0-100℃, izlaz strujnog izvora ne bi trebao biti osjetljiv na temperaturu. TL431 ima izuzetno nizak temperaturni koeficijent i nizak temperaturni drift.

Dobra regulacija opterećenja: Ako je strujna talasnost prevelika, to će uzrokovati greške u čitanju. Prema teorijskoj analizi, budući da ulazni napon varira između 100-138.5mV, a raspon mjerenja temperature je 0-100℃, tačnost mjerenja temperature je ±1 stepen Celzijusa, tako da bi se izlazni napon trebao promijeniti za 38,5/100=0,385mV za svaki porast temperature okoline za 1℃. Kako bi se osiguralo da fluktuacija struje ne utiče na točnost, razmotrite najekstremniji slučaj, at 100 stepeni Celzijusa, vrijednost otpora PT100 bi trebala biti 138,5R. Tada bi strujni talas trebao biti manji od 0,385/138,5=0,000278mA, to jest, promjena struje tokom promjene opterećenja treba biti manja od 0,000278mA. U stvarnoj simulaciji, trenutni izvor ostaje u osnovi nepromijenjen.
3. Rješenje AD623 akvizicionog kola

Rješenje PT1000 kola za nabavku AD623

Princip se može odnositi na gornji princip mjerenja mosta.
Akvizicija na niskim temperaturama:

Akvizicija visoke temperature

4. Rješenje akvizicionog kola AD620

AD620 PT100 rješenje za akviziciju

AD620 PT100 rješenje za akviziciju visoke temperature (150°):

AD620 PT100 rješenje za akviziciju niske temperature (-40°):

AD620 PT100 sobna temperatura rješenja za akviziciju (20°):

5. PT100 i PT1000 analiza filtriranja smetnji

Akvizicija temperature u nekom kompleksu, oštra ili posebna okruženja će biti podložna velikim smetnjama, uglavnom uključujući EMI i REI.

Na primjer, u primjeni mjerenja temperature motora, kontrola motora i velika brzina rotacije motora uzrokuju smetnje visoke frekvencije.

Postoji i veliki broj scenarija kontrole temperature unutar zrakoplovnih i svemirskih vozila, koji mjere i kontrolišu elektroenergetski sistem i sistem kontrole životne sredine. Srž kontrole temperature je mjerenje temperature. Budući da se otpor termistora može linearno mijenjati s temperaturom, korištenje otpornosti platine za mjerenje temperature je efikasna metoda mjerenja temperature visoke preciznosti. Glavni problemi su sljedeći:
1. Otpor na vodnoj žici se lako uvodi, što utiče na tačnost merenja senzora;
2. U nekim okruženjima jakih elektromagnetnih smetnji, smetnje se mogu konvertovati u DC izlaz nakon ispravljanja instrument pojačalom
Greška pomaka, utiče na tačnost merenja.
5.1 Vazdušni vazdušni PT1000 akvizicioni krug

Vazdušni vazdušni PT1000 akvizicioni krug

Pogledajte dizajn zračnog PT1000 akvizicionog kruga za anti-elektromagnetne smetnje u određenom zrakoplovstvu.

Filter je postavljen na krajnjem kraju akvizicionog kruga. PT1000 kolo za prethodnu obradu akvizicije pogodno je za anti-elektromagnetsku prethodnu obradu interfejsa elektronske opreme u vazduhu;
Specifično kolo je:
Ulazni napon +15V se pretvara u visokoprecizni izvor napona +5V preko regulatora napona, a visokoprecizni izvor napona +5V je direktno povezan na otpornik R1.
Drugi kraj otpornika R1 podijeljen je na dva puta, jedan spojen na in-fazni ulaz operativnog pojačala, a drugi spojen na kraj otpornika PT1000 A preko T-tipa filtera S1. Izlaz operacijskog pojačala je povezan s invertirajućim ulazom kako bi se formirao sljedbenik napona, a invertni ulaz je spojen na uzemljenje regulatora napona kako bi se osiguralo da je napon na infaznom ulazu uvijek nula. Nakon prolaska kroz S2 filter, jedan kraj A otpornika PT1000 je podijeljen na dva puta, jedna staza se koristi kao ulazni priključak diferencijalnog napona D kroz otpornik R4, a drugi put je povezan na AGND preko otpornika R2. Nakon prolaska kroz S3 filter, drugi kraj B otpornika PT1000 je podijeljen na dva puta, jedan put se koristi kao ulazni terminal diferencijalnog napona E kroz otpornik R5, a drugi put je povezan na AGND preko otpornika R3. D i E su povezani preko kondenzatora C3, D je spojen na AGND preko kondenzatora C1, a E je spojen na AGND preko kondenzatora C2; precizna vrijednost otpora PT1000 može se izračunati mjerenjem diferencijalnog napona između D i E.

Ulazni napon +15V se pretvara u visokoprecizni izvor napona +5V preko regulatora napona. +5V je direktno spojen na R1. Drugi kraj R1 je podijeljen na dva puta, jedan je spojen na infazni ulazni terminal operativnog pojačala, a drugi je povezan na PT1000 otpornik A preko T-tipa filtera S1. Izlaz operacijskog pojačala je povezan s invertirajućim ulazom kako bi se formirao sljedbenik napona, a invertni ulaz je spojen na uzemljenje regulatora napona kako bi se osiguralo da je napon na invertirajućem ulazu uvijek nula. U ovo vrijeme, struja koja teče kroz R1 je konstantna 0,5 mA. Regulator napona koristi AD586TQ/883B, a operacijsko pojačalo koristi OP467A.

Nakon prolaska kroz S2 filter, jedan kraj A otpornika PT1000 je podijeljen na dva puta, jedan kroz otpornik R4 kao kraj ulaza diferencijalnog napona D, i jedan kroz otpornik R2 na AGND; nakon prolaska kroz S3 filter, drugi kraj B otpornika PT1000 je podijeljen na dva puta, jedan kroz otpornik R5 kao kraj ulaza diferencijalnog napona E, i jedan kroz otpornik R3 na AGND. D i E su povezani preko kondenzatora C3, D je spojen na AGND preko kondenzatora C1, a E je spojen na AGND preko kondenzatora C2.
Otpor R4 i R5 je 4,02 k oma, otpor R1 i R2 je 1M oma, kapacitivnost C1 i C2 je 1000pF, a kapacitivnost C3 je 0,047uF. R4, R5, C1, C2, i C3 zajedno čine mrežu RFI filtera, čime se završava niskopropusno filtriranje ulaznog signala, a objekti koji se filtriraju uključuju smetnje diferencijalnog moda i smetnje zajedničkog moda koje se prenose u ulaznom diferencijalnom signalu. Izračun granične frekvencije -3dB smetnje zajedničkog moda i interferencije diferencijalnog moda koji se prenose u ulaznom signalu prikazan je u formuli:

Zamjena vrijednosti otpora u proračun, granična frekvencija zajedničkog moda je 40 kHz, a granična frekvencija diferencijalnog moda je 2.6KHZ.
Krajnja tačka B je povezana na AGND preko S4 filtera. Među njima, terminali uzemljenja filtera od S1 do S4 su svi povezani na zaštitno uzemljenje aviona. Budući da struja koja teče kroz PT1000 je poznatih 0,05mA, precizna vrijednost otpora PT1000 može se izračunati mjerenjem diferencijalnog napona na oba kraja D i E.
S1 do S4 koriste filtere tipa T, model GTL2012X‑103T801, sa graničnom frekvencijom od 1M±20%. Ovaj sklop uvodi niskopropusne filtere u vanjske linije sučelja i izvodi RFI filtriranje na diferencijalnom naponu. Kao krug za prethodnu obradu za PT1000, efikasno eliminiše smetnje elektromagnetnog i RFI zračenja, što značajno poboljšava pouzdanost prikupljenih vrijednosti. Osim toga, napon se direktno meri sa oba kraja PT1000 otpornika, eliminisanje greške uzrokovane otporom elektrode i poboljšanje tačnosti vrednosti otpora.

5.2 Filter T-tipa
Filter T-tipa sastoji se od dva induktora i kondenzatora. Oba kraja imaju visoku impedanciju, i njegove performanse gubitka umetanja su slične onima kod filtera tipa π, ali nije sklona tome “zvoni” i može se koristiti u sklopnim krugovima.