Temperatura Acquisition of 2, 3, i 4-žični PT100 temperaturni senzori

Članak predstavlja kako 2, 3, i 4-žični PT100 senzori se pretvaraju u naponske signale kroz promjene otpora, a izvor konstantne struje se koristi za zaštitu senzora i osiguranje točnosti konverzije signala. PT100 senzor postiže temperaturu mjerenjem promjene njegovog električnog otpora, što direktno korelira sa temperaturom kojoj je izložen; kako temperatura raste, otpor platinskog elementa unutar senzora se također povećava, omogućavajući precizan proračun temperature na osnovu ove promjene otpora; u suštini, the “100” u PT100 označava da senzor ima otpor od 100 oma na 0°C, i ova vrijednost se predvidivo mijenja s temperaturnim fluktuacijama. Primena MCP604 operacionog pojačala u dizajnu kola naglašava uticaj njegovih karakteristika kao što su niski ulazni ofset napon i struja prednapona na tačnost. Softverska kalibracija se koristi za poboljšanje tačnosti u dizajnu kola, izbjegavanje neugodnosti fizičkog prilagođavanja. Konačno, članak daje formulu odnosa između temperature i vrijednosti otpornosti platine, koji se koristi za izračunavanje vrijednosti temperature.

Dizajn za hvatanje temperature 2-žičnog temperaturnog senzora PT100

Nabavka temperature kineskog prilagođenog 3-žičnog temperaturnog senzora PT100

Akvizicija temperature 4-žičnog temperaturnog senzora PT100

Ključne tačke o PT100 akviziciji temperature:
Otporni temperaturni detektor (RTD):
PT100 je vrsta RTD-a, što znači da mjeri temperaturu otkrivajući promjene u svom električnom otporu.
Platinum element:
Senzorni element u PT100 je napravljen od platine, koji pokazuje vrlo stabilan i linearan odnos između otpora i temperature.
Proces mjerenja: Senzor se postavlja u okolinu u kojoj je potrebno izmjeriti temperaturu.
Otpor platinskog elementa se mjeri pomoću namjenskog elektronskog kola.
Izmjerena vrijednost otpora se zatim pretvara u temperaturu pomoću matematičke formule zasnovane na poznatom temperaturnom koeficijentu platine.

Prednosti PT100 senzora:
Visoka tačnost: Smatra se jednim od najpreciznijih dostupnih temperaturnih senzora zbog stabilnog ponašanja platine.
Širok raspon temperatura:　Može mjeriti temperature od -200°C do 850°C ovisno o dizajnu senzora.
Dobra linearnost: Odnos između otpora i temperature je relativno linearan, pojednostavljivanje interpretacije podataka.

Važna razmatranja:
Kalibracija: Da biste osigurali tačna mjerenja, PT100 senzori moraju biti redovno kalibrirani prema referentnom standardu.
Otpornost olovne žice: Otpor spojnih žica može uticati na tačnost mjerenja, tako da je često potrebno pravilno razmatranje kompenzacije žice.
Pogodnost aplikacije: Iako vrlo precizan, PT100 senzori možda nisu prikladni za ekstremno teška okruženja ili aplikacije koje zahtijevaju vrlo brzo vrijeme odziva.

1. Osnovni principi akvizicije signala
PT100 pretvara temperaturne signale u otporne izlaze, a njegova vrijednost otpora se kreće od 0 do 200Ω. AD pretvarač može samo pretvarati napon i ne može direktno prikupljati temperaturu. Stoga, izvor konstantne struje od 1mA potreban je za napajanje PT100 i pretvaranje promjena otpora u promjene napona. Prednost korištenja izvora konstantne struje je da može produžiti vijek trajanja senzora. Budući da je opseg ulaznog signala 0 do 200mV, signal treba pojačati, a zatim AD pretvoriti da bi se dobili podaci o električnom signalu.

Razlozi zašto se ne koristi dizajn izvora konstantnog napona:

Ako se za napajanje koristi izvor konstantnog napona, a zatim su otpornik i PT100 spojeni u seriju, a napon je podijeljen, postoji problem. Kada je otpor PT100 premali, struja koja teče kroz PT100 je prevelika, što rezultira kraćim vijekom trajanja senzora.

2. Operativno pojačalo koristi MCP604
MCP604 karakteristike:
1) Opseg napona je 2.7~6.0V
2) Izlaz je Rail-to-Rail
3) Raspon radne temperature: -40°C do +85°C
4) Ulazni offset napon je ±3mV, tipična vrijednost je 1mV, visoka osjetljivost.
5) Ulazna struja prednapona je 1pA, kada je TA = +85°C, I=20pA, poboljšava tačnost akvizicije.
6) Linearna promjena napona na izlazu: VSS+0,1 ~ VDD–0,1, jedinica je V.

Kada je napon napajanja 3,3V, linearni izlazni napon je 0.1~3.2V. Kako bi se osiguralo da pojačani signal radi u linearnom području, kada je VDD=3.3V, postavili smo izlazni napon MCP604 da ostane na: 0.5V ~ 2.5V kako bi se zadovoljili zahtjevi dizajna kola op- pojačala.

Operativno pojačalo u knjizi o analognoj elektronici je idealno operativno pojačalo, koji se razlikuje od stvarnog pojačala. Stoga, potrebno je razmotriti “ulazni offset napon”, “ulazna struja prednapona” i “linearni kolebanje izlaznog napona” prilikom projektovanja.

3. Dijagram strujnog kola
R11 na slici je krug za pristrasnost kako bi se spriječilo izobličenje zasićenja u posljednjem stupnju izlaznog diferencijalnog pojačala.
1) Odaberite odgovarajući faktor pojačanja da smanjite izlaznu grešku. Zbog postojanja ulaznog offset napona, kada se faktor pojačanja povećava, izlazna greška će se također povećati, što se mora uzeti u obzir u dizajnu.
2) Faktor pojačanja ovog kola je 10. Pod pretpostavkom da je tipični ulazni offset napon 3mV, ako se ulazni signal promijeni na 5mV, 2mV neće biti pojačan, što će proizvesti izlaznu grešku od 20mV.

Op amp detektora temperature PT100 pomoću dijagrama kola MCP604

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I=1mA, Vref=Vo3=1.65V
1.7V<=Vin<=1.9V, 1.7V<=V02<=1.9
1.8V<=Vo1<=2V, osigurati da operacijsko pojačalo radi u linearnom području, ovo je veoma važno
0.5V<=Vo4<=2.5V, osigurati da operacijsko pojačalo radi u linearnom području, zbog toga je potrebno 50Ω u seriji.

Kada se ulazni otpor promijeni za 1Ω, Vout se mijenja na 10mV. Budući da je napon ulazne kompenzacije MCP604 ±3mV, kada dođe do promjene od 0,3333Ω, doći će do promjene od 3,333mV, a osjetljivost akvizicije je visoka.
Kada je 0<=Rin<=200Ω ulaz, budući da je petlja povezana serijski sa 50Ω, 50Oh<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0,001, jedinica A

4. Softverska kalibracija
Novi inženjeri uvijek pokušavaju poboljšati tačnost otpornika, ali greška je i dalje velika. Neki inženjeri jednostavno koriste neprekidno podesive otpornike, prilagoditi njihove vrijednosti otpora, i koristite multimetre da bi izlaz zadovoljio odnos prijenosa. Čini se da je ova preciznost poboljšana, ali nije pogodan za proizvodnju, a poteškoće dizajna PCB-a su takođe povećane. Čak i ako je otklanjanje grešaka obavljeno, ako se šraf za podešavanje dodiruje rukom, može uzrokovati greške. Jedini način je korištenje fiksnih otpornika za proizvodnju i korištenje softvera za postizanje točne kalibracije.
1) Kada je Rin=0, očitati vrijednost napona i zabilježiti je kao V50. Save V50, neće se promijeniti s promjenom vrijednosti otpora PT100 jer se napaja iz izvora konstantne struje.
2) Spojite nominalni otpornik, neka Rs=100Ω, očitati vrijednost napona i zabilježiti je kao V150. Save V150, vrijednost napona očitana kada je temperatura 0.
3) Izračunajte trenutni faktor pojačanja: Io = (V150 – V50) / Rs; spasi me, to znači da je kalibracija obavljena.
4) Kada je ulazni otpor R, očitani napon je Vo, onda je R = (Vo- V50) / Io
Kroz gornji opis, softverska kalibracija ima velike prednosti, ne samo pogodna proizvodnja, ali i visoka tačnost. Da bi se poboljšala tačnost, izlazni napon se također može podijeliti u nekoliko intervala, kalibrirano odvojeno, i mogu se dobiti različiti Io, tako da će izlazna linearnost biti bolja. Ove ideje se odražavaju u mom dizajnu.

Dizajn kola OP AMP MCP604

5. Izračunajte temperaturu
Kada je temperatura manja od 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Kada je temperatura veća ili jednaka 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
Opis:
Rt je vrijednost otpora platinskog otpornika na t℃
R0 je vrijednost otpora platinskog otpornika na 0℃ 100Ω
A=3,9082×10^-3
B=-5,80195×10^-7
C=-4,2735×10^-12

6. Pt100 temperaturni senzor
Senzor temperature Pt100 je senzor termistora pozitivnog temperaturnog koeficijenta, a njegovi glavni tehnički parametri su sljedeći:
1) Raspon temperature mjerenja: -200℃ ~ +850 ℃;
2) Dozvoljena vrijednost odstupanja Δ℃: Ocena A ±(0.15+0.002|t|), Ocena B ±(0.30+0.005|t|);
3) Minimalna dubina umetanja: Minimalna dubina umetanja termalnog otpornika je ≥200 mm;
4) Dozvoljena struja: < 5mA;
5) Pt100 senzor temperature također ima prednosti otpornosti na vibracije, dobra stabilnost, visoka tačnost, i visokim pritiskom. Platinasti termički otpornik ima dobru linearnost. Prilikom promjene između 0 i 100 stepeni Celzijusa, maksimalno nelinearno odstupanje je manje od 0,5℃;
Kada temperatura < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Kada temperatura ≥ 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
Prema gore navedenom odnosu, približan raspon otpora je: 18Ω~390.3Ω, -197℃ je 18Ω, 850Ω je 390,3Ω;
Opis:
Rt je vrijednost otpora platinskog otpornika na t℃, R0 je vrijednost otpora platinskog otpornika na 0℃, 100Oh
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12
PT100 platina metalni temperaturni senzor uputa za upotrebu
6) Dizajn kola
7) Odnos između temperature PT100 i otpora
Temperatura i otpor PT100 zadovoljavaju sljedeću jednačinu:
Kada je temperatura ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Kada je temperatura ≥0, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt =0

PT100 uporedna tablica temperature i otpora

Opis:
Rt je vrijednost otpora platinskog otpornika na t℃, R0 je vrijednost otpora platinskog otpornika na 0℃, 100Oh
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12

1. Radi lakšeg izračunavanja, kada je temperatura ≤0, neka:
duplo a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4,2735/100000
duplo b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4,2735/1000
duplo c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
duplo d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
duplo e= (100-Rt)*100000
Kada je temperatura ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
gdje je x3 rješenje PT100 kada je manja od 0℃.

2. Radi lakšeg izračunavanja, kada je temperatura veća ili jednaka 0
duplo a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
duplo b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
duplo c= (100-Rt)*100000
Kada je temperatura ≥0, a*t^2 + b*t + c =0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω odgovara -197℃, temperatura tečnog azota
18.486Ω odgovara -200℃
96.085Ω odgovara -10℃
138.505Ω odgovara 100℃
175.845Ω odgovara 200℃
247.045Ω odgovara 400℃