Otpornici i krugovi senzorskih sondi PT100 i PT1000 metalnih termičkih otpornika

Krug za prikupljanje temperature za sondu senzora PT100 ili PT1000 obično se sastoji od stabilnog izvora struje koji pobuđuje senzor, visokoprecizni krug za mjerenje otpora za otkrivanje promjene otpora s temperaturom, i analogno-digitalni pretvarač (ADC) za pretvaranje izmjerenog napona u digitalni signal koji može obraditi mikrokontroler ili sistem za prikupljanje podataka; ključna razlika između kola PT100 i PT1000 je skala vrijednosti otpora zbog toga što Pt100 ima nominalni otpor od 100 oma na 0°C dok Pt1000 ima 1000 oma na 0°C, često zahtijevaju podešavanja u mjernom krugu ovisno o željenoj točnosti i primjeni.

Članak predstavlja promjenu otpora PT100 i PT1000 metalnih termootpornih senzorskih sondi na različitim temperaturama, kao i niz rješenja krugova za akviziciju temperature. Uključujući podjelu napona otpora, mjerenje mosta, izvor konstantne struje i AD623, AD620 akvizicijski krug. Kako bi se oduprli smetnjama, posebno elektromagnetne smetnje u vazduhoplovnom polju, predložen je dizajn akvizicionog kruga senzora temperature PT1000 u zraku, uključujući filter tipa T za filtriranje i poboljšanje tačnosti merenja.
Sažetak generiran od strane CSDN-a putem inteligentne tehnologije

PT100 Senzor temperaturnog kabla za precizno mjerenje temperature u kontejnerima, rezervoari i cevi

Sonda temperaturnog senzora T100 kabl za visoku temperaturu -50～260

PT100 platinasti temperaturni senzor otpornosti za površinsku temperaturu transmitera

PT100/PT1000 rješenje kruga za prikupljanje temperature
1. Tablica promjene temperaturne otpornosti senzora PT100 i PT1000
Metalni termički otpornici kao što je nikl, bakarni i platinasti otpornici imaju pozitivnu korelaciju s promjenom temperature. Platina ima najstabilnija fizička i hemijska svojstva i najčešće se koristi. Opseg mjerenja temperature najčešće korištenih sondi Pt100 senzora otpornosti na platinu je -200～850℃, i rasponi mjerenja temperature od Pt500, Pt1000 senzorske sonde, itd. sukcesivno se smanjuju. Pt1000, Raspon mjerenja temperature je -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 neznatno mijenja unutar normalnog raspona radne temperature (kao što je prikazano na slici 1). Približan odnos između otpora i temperature može se dobiti linearnim uklapanjem:

PT100 tablica promjene temperaturne otpornosti 1

2. Često korištena rješenja akvizicionih krugova

2. 1 Izlaz djelitelja napona otpornika 0~3.3V/3V analogni napon sa jednim čipom AD port direktna akvizicija
Opseg izlaznog napona kruga za mjerenje temperature je 0~3.3V, PT1000 (Vrijednost otpora PT1000 se značajno mijenja, a osjetljivost mjerenja temperature je veća od PT100; PT100 je pogodniji za mjerenje temperature velikih razmjera).

Najjednostavniji način je korištenje metode podjele napona. Napon generira TL431 referentni izvorni čip, koji je referentni izvor napona 4V. Alternativno, 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 ulazni napon od 5V. Izlazni napon se može odabrati prema traženom referentnom naponu. Naravno, prema normalnom opsegu ulaznog napona AD porta mikrokontrolera, ne može preći 3V/3.3V.

PT100 single-chip AD portni krug direktna akvizicija

2.2 Izlaz s podjelom napona otpornika 0~5V analogni napon, a AD port mikrokontrolera ga direktno prikuplja.
Naravno, neka kola se napajaju mikrokontrolerom od 5V, a maksimalna radna struja PT1000 je 0,5mA, tako da se mora koristiti odgovarajuća vrijednost otpora kako bi se osigurao normalan rad komponente.
Na primjer, 3,3V na gornjoj shemi za podjelu napona je zamijenjeno sa 5V. Prednost ovoga je što je podjela napona od 5 V osjetljivija od napona od 3,3 V, a kolekcija je tačnija. Zapamti, teoretski izračunati izlazni napon ne može preći +5V. Inače, mikrokontroler će biti oštećen.

2.3 Najčešće korišteno mjerenje mosta

Kolo djelitelja napona PT100 daje analogni napon od 0~5V

Koristite R11, R12, R13 i Pt1000 da formiraju mjerni most, gdje je R11=R13=10k, R12=1000R precizni otpornik. Kada vrijednost otpora Pt1000 nije jednaka vrijednosti otpora R12, most će emitovati signal razlike napona mV nivoa. Ovaj signal razlike napona se pojačava krugom pojačala instrumenta i daje željeni signal napona, koji se može direktno povezati na AD konverzijski čip ili AD port mikrokontrolera.

Princip mjerenja otpora ovog kola:

1) PT1000 je termistor, a njegov otpor se u osnovi mijenja linearno s promjenom temperature.

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 djelitelja napona, možemo naći Uba = Ub – Uradi > 0.
4) OP07 je operaciono pojačalo, a njegov faktor pojačanja napona A ovisi o vanjskom kolu, 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 djelitelja 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 prema vrijednosti otpora da bismo znali trenutnu temperaturu.

2.4 Izvor konstantne struje
Zbog efekta samozagrijavanja termičkog otpornika, potrebno je osigurati da struja koja teče kroz otpornik bude što manja, i općenito se očekuje da će struja biti manja od 10mA. Provjereno je da samozagrijavanje platinskog otpornika PT100 od 1 mW će uzrokovati promjenu temperature od 0.02 do 0,75℃, tako da smanjenje struje platinskog otpornika PT100 može smanjiti i promjenu njegove temperature. Međutim, ako je struja premala, podložan je smetnjama buke, tako da se generalno smatra 0.5 to 2 mA, tako da je struja izvora konstantne struje odabrana kao izvor konstantne struje od 1mA.

Odabrani čip je izvor konstantnog napona čip TL431, a zatim se trenutna negativna povratna sprega koristi za pretvaranje u izvor konstantne struje. Krug je prikazan na slici:

Izvor konstantne struje sheme akvizicije kola otpornika PT100

Operaciono pojačalo CA3140 koristi se za poboljšanje nosivosti izvora struje, a formula za izračunavanje izlazne struje je:
Ovdje unesite opis slike 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:
Temperaturna stabilnost: Budući da je naše okruženje za mjerenje temperature 0-100℃, izlaz strujnog izvora ne bi trebao biti osjetljiv na temperaturu. A 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, promena struje tokom promene opterećenja treba da bude manja od 0,000278mA. U stvarnoj simulaciji, trenutni izvor ostaje u osnovi nepromijenjen.

3. Rješenje AD623 akvizicionog kola
Princip se može odnositi na gornji princip mjerenja mosta.
Akvizicija na niskim temperaturama:

AD620 mjeri visoku temperaturu rješenja za akviziciju PT100 (150°)

Akvizicija visoke temperature
Ovdje unesite opis slike

4. Rješenje akvizicionog kola AD620
AD620 PT100 rješenje za akviziciju za visoke temperature (150°):

AD620 mjeri PT100 rješenje za akviziciju na niskoj temperaturi (-40°)

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

AD620 mjeri PT100 šemu akvizicije na sobnoj temperaturi (20°)

AD620 PT100 rješenje za akviziciju za sobnu temperaturu (20°):

PT100 senzor visoke temperature akvizicijski krug

5. Analiza filtera protiv interferencije senzora PT100 i PT1000
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, smetnje visoke frekvencije uzrokovane kontrolom motora i velikom brzinom rotacije motora.

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 određenim okruženjima jakih elektromagnetnih smetnji, smetnje se mogu pretvoriti u DC izlaznu grešku offseta nakon što ih popravi instrument pojačalo, utiče na tačnost merenja.

5.1 Vazdušni vazdušni PT1000 akvizicioni krug
Pogledajte dizajn zračnog PT1000 akvizicionog kruga za anti-elektromagnetne smetnje u određenom zrakoplovstvu.

AD623 shema akvizicionog kruga za PT100 senzor

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. +5V visokoprecizni izvor napona je direktno povezan na otpornik R1, a drugi kraj otpornika R1 je podijeljen na dva puta. Jedan je spojen na in-fazni ulazni kraj operacijskog pojačala, a drugi je povezan 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, jedan kroz otpornik R4 kao ulaz 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 diferencijalni naponski ulaz 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. Precizna vrijednost otpora PT1000 može se izračunati mjerenjem diferencijalnog napona na 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 spojen na in-fazni ulaz operativnog pojačala, a drugi spojen na A kraj otpornika PT1000 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. RFI filter završava niskopropusno filtriranje ulaznog signala, a filtrirani objekti 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:

Vazdušni vazdušni PT1000 akvizicioni krug

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 M±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.

3-žica klase B visoke industrijske kontrole temperature PT100 platinasti termalni otpornik temperaturni senzor

K-E tip kompresionog termoelementa, pt100 sonda temperaturnog senzora

Visoko precizni PT100 temperaturni senzor za mjerenje temperature transformatora

5.2 Filter T-tipa
Ovdje unesite opis slike
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.