Resistències i circuits de sondes de sensor de resistències tèrmiques metàl·liques PT100 i PT1000

A temperature acquisition circuit for a PT100 or PT1000 sensor probe typically consists of a stable current source to excite the sensor, a high-precision resistance measurement circuit to detect the change in resistance with temperature, and an analog-to-digital converter (ADC) to convert the measured voltage into a digital signal that can be processed by a microcontroller or data acquisition system; the key difference between a PT100 and PT1000 circuit is the scale of resistance values due to the Pt100 having a nominal resistance of 100 ohms at 0°C while a Pt1000 has 1000 ohms a 0°C, often requiring adjustments in the measurement circuit depending on the desired accuracy and application.

The article introduces the resistance change of PT100 and PT1000 metal thermal resistor sensor probes at different temperatures, as well as a variety of temperature acquisition circuit solutions. Including resistance voltage division, bridge measurement, constant current source and AD623, AD620 acquisition circuit. In order to resist interference, especially electromagnetic interference in the aerospace field, an airborne PT1000 temperature sensor acquisition circuit design is proposed, including a T-type filter for filtering and improving measurement accuracy.
Abstract generated by CSDN through intelligent technology

PT100 Temperature cable sensor for Precise temperature measurement in containers, dipòsits i canonades

Sonda del sensor de temperatura T100 cable d'alta temperatura -50~260

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

Solució de circuit d'adquisició de temperatura PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Resistències tèrmiques metàl·liques com el níquel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. El platí té les propietats físiques i químiques més estables i és el més utilitzat. El rang de mesura de temperatura de les sondes de sensor Pt100 de resistència de platí que s'utilitzen habitualment és de -200 ~ 850 ℃, i els intervals de mesura de temperatura de Pt500, Sondes sensor Pt1000, etc. es redueixen successivament. Pt1000, El rang de mesura de temperatura és de -200 ~ 420 ℃. Segons l'estàndard internacional IEC751, les característiques de temperatura de la resistència de platí Pt1000 compleixen els requisits següents:

Pt1000 corba característica de temperatura

Segons la corba característica de temperatura Pt1000, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (tal com es mostra a la figura 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

Taula de canvi de resistència a la temperatura PT100 1

2. Solucions de circuits d'adquisició d'ús habitual

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
El rang de sortida de tensió del circuit de mesura de temperatura és de 0 ~ 3,3 V, PT1000 (El valor de la resistència PT1000 canvia molt, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 és més adequat per a la mesura de temperatura a gran escala).

La manera més senzilla és utilitzar el mètode de divisió de tensió. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternativament, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, i 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. La tensió de sortida es pot seleccionar segons la tensió de referència requerida. Per descomptat, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, no pot superar els 3 V/3,3 V.

PT100 single chip AD port circuit direct acquisition

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage, and the AD port of the microcontroller directly collects it.
Per descomptat, some circuits are powered by a 5V microcontroller, and the maximum operating current of the PT1000 is 0.5mA, so an appropriate resistance value must be used to ensure the normal operation of the component.
Per exemple, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced by 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than the 3.3V voltage, and the collection is more accurate. Recordeu, la tensió de sortida calculada teòricament no pot superar els +5V. En cas contrari, the microcontroller will be damaged.

2.3 La mesura de pont més utilitzada

The voltage divider circuit of PT100 outputs 0~5V analog voltage

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, on R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Quan el valor de resistència de Pt1000 no és igual al valor de resistència de R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Aquest senyal de diferència de tensió és amplificat pel circuit amplificador de l'instrument i emet el senyal de voltatge desitjat, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

El principi de mesura de la resistència d'aquest circuit:

1) PT1000 és un termistor, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

2) A les 0 graus, la resistència de PT1000 és 1kΩ, aleshores Ub i Ua són iguals, és a dir, Uba = Ub – Fes = 0.
3) Suposant que a una determinada temperatura, la resistència de PT1000 és 1,5 kΩ, aleshores Ub i Ua no són iguals. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Fes > 0.
4) OP07 és un amplificador operacional, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, on A = R2/R1 = 17.5.
5) La tensió de sortida Uo de OP07 = Uba * Una. Per tant, si fem servir un voltímetre per mesurar la tensió de sortida de OP07, podem inferir el valor de Uab. Com que Ua és un valor conegut, podem calcular més el valor de Ub. Aleshores, using the voltage divider principle, podem calcular el valor de resistència específic de PT1000. Aquest procés es pot aconseguir mitjançant el càlcul de programari.
6) Si coneixem el valor de resistència de PT1000 a qualsevol temperatura, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Font de corrent constant
A causa de l'efecte d'autoescalfament de la resistència tèrmica, it is necessary to ensure that the current flowing through the resistor is as small as possible, and generally the current is expected to be less than 10mA. S'ha comprovat que l'autoescalfament de la resistència de platí PT100 de 1 mW will cause a temperature change of 0.02 to 0.75℃, so reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. No obstant això, si el corrent és massa petit, és susceptible a interferències de soroll, so it is generally taken at 0.5 a 2 mA, de manera que el corrent de font de corrent constant es selecciona com a font de corrent constant d'1 mA.

The chip selected is the constant voltage source chip TL431, and then the current negative feedback is used to convert it into a constant current source. El circuit es mostra a la figura:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, i la fórmula de càlcul per al corrent de sortida és:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% resistència de precisió. El corrent de sortida final és de 0,996 mA, és a dir, la precisió és 0.4%.
El circuit de font de corrent constant ha de tenir les característiques següents:
Estabilitat de temperatura: Com que el nostre entorn de mesura de temperatura és de 0-100 ℃, la sortida de la font de corrent no ha de ser sensible a la temperatura. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Bona regulació de càrrega: Si la ondulació actual és massa gran, provocarà errors de lectura. Segons anàlisi teòrica. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, i el rang de mesura de temperatura és de 0-100 ℃, la precisió de la mesura de la temperatura és de ± 1 grau centígrad, de manera que la tensió de sortida hauria de canviar en 38,5/100 = 0,385 mV per cada augment d'1 ℃ de la temperatura ambient. Per tal de garantir que la fluctuació actual no afecti la precisió, considerar el cas més extrem, a les 100 graus Celsius, el valor de resistència de PT100 hauria de ser 138,5R. Aleshores, la ondulació actual hauria de ser inferior a 0,385/138,5 = 0,000278mA, és a dir, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. En la simulació real, la font actual es manté bàsicament sense canvis.

3. Solució de circuit d'adquisició AD623
El principi pot fer referència al principi de mesura del pont anterior.
Adquisició a baixa temperatura:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Adquisició d'alta temperatura
Insert picture description here

4. Solució de circuit d'adquisició AD620
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150°):

AD620 measures PT100 acquisition solution at low temperature (-40°)

AD620 PT100 acquisition solution for low temperature (-40°):

AD620 measures PT100 acquisition scheme at room temperature (20°)

AD620 PT100 acquisition solution for room temperature (20°):

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
Adquisició de temperatura en algun complex, els entorns durs o especials estaran subjectes a grans interferències, incloent principalment EMI i REI. Per exemple, en l'aplicació de l'adquisició de la temperatura del motor, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

També hi ha un gran nombre d'escenaris de control de temperatura dins dels vehicles d'aviació i aeroespacial, que mesuren i controlen el sistema elèctric i el sistema de control ambiental. El nucli del control de la temperatura és la mesura de la temperatura. Atès que la resistència del termistor pot canviar linealment amb la temperatura, L'ús de la resistència de platí per mesurar la temperatura és un mètode eficaç de mesura de temperatura d'alta precisió. Els principals problemes són els següents:
1. La resistència al cable conductor s'introdueix fàcilment, afectant així la precisió de mesura del sensor;
2. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, afectant la precisió de la mesura.

5.1 Circuit d'adquisició aeroespacial PT1000
Consulteu el disseny d'un circuit d'adquisició PT1000 aerotransportat per a interferències antielectromagnètiques en una determinada aviació.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

S'estableix un filtre a l'extrem més exterior del circuit d'adquisició. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
La tensió d'entrada de +15V es converteix en una font de tensió d'alta precisió de +5V mitjançant un regulador de tensió. The +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1, and the other end of the resistor R1 is divided into two paths. One is connected to the in-phase input end of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. La sortida de l'amplificador operacional està connectada a l'entrada inversora per formar un seguidor de tensió, i l'entrada inversora està connectada al port de terra del regulador de tensió per garantir que la tensió a l'entrada en fase sempre sigui zero. Després de passar pel filtre S2, un extrem A de la resistència PT1000 es divideix en dos camins, one through resistor R4 as the differential voltage input D, i un a través de la resistència R2 a AGND. Després de passar pel filtre S3, l'altre extrem B de la resistència PT1000 es divideix en dos camins, one through resistor R5 as the differential voltage input E, i un a través de la resistència R3 a AGND. D i E es connecten mitjançant el condensador C3, D està connectat a AGND mitjançant el condensador C1, i E està connectat a AGND mitjançant el condensador C2. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

La tensió d'entrada de +15V es converteix en una font de tensió d'alta precisió de +5V mitjançant un regulador de tensió. El +5V està connectat directament a R1. L'altre extrem de R1 es divideix en dos camins, un connectat a l'entrada en fase de l'amplificador operacional, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. La sortida de l'amplificador operacional està connectada a l'entrada inversora per formar un seguidor de tensió, i l'entrada inversora està connectada al port de terra del regulador de tensió per garantir que la tensió a l'entrada inversora sempre sigui zero. En aquest moment, el corrent que circula per R1 és constant de 0,5 mA. El regulador de tensió utilitza AD586TQ/883B, i l'amplificador operacional utilitza OP467A.

Després de passar pel filtre S2, un extrem A de la resistència PT1000 es divideix en dos camins, una a través de la resistència R4 com a extrem D d'entrada de tensió diferencial, i un a través de la resistència R2 a AGND. Després de passar pel filtre S3, l'altre extrem B de la resistència PT1000 es divideix en dos camins, una resistència R5 a través de l'extrem E d'entrada de tensió diferencial, i un a través de la resistència R3 a AGND. D i E es connecten mitjançant el condensador C3, D està connectat a AGND mitjançant el condensador C1, i E està connectat a AGND mitjançant el condensador C2.
La resistència de R4 i R5 és de 4,02 k ohms, la resistència de R1 i R2 és d'1M ohms, la capacitat de C1 i C2 és de 1000pF, i la capacitat de C3 és de 0,047 uF. R4, R5, C1, C2, i C3 junts formen una xarxa de filtres RFI. The RFI filter completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. El càlcul de la freqüència de tall de -3dB de la interferència del mode comú i la interferència del mode diferencial transportades al senyal d'entrada es mostra a la fórmula:

Circuit d'adquisició aeroespacial PT1000

Substituint el valor de la resistència en el càlcul, la freqüència de tall del mode comú és de 40 kHZ, i la freqüència de tall del mode diferencial és de 2,6 KHZ.
El punt final B està connectat a AGND mitjançant el filtre S4. Entre ells, els terminals de terra del filtre de S1 a S4 estan tots connectats a la terra de blindatge de l'aeronau. Atès que el corrent que flueix per PT1000 és de 0,05 mA conegut, el valor de resistència precís de PT1000 es pot calcular mesurant la tensió diferencial als dos extrems de D i E.
S1 a S4 utilitzen filtres de tipus T, model GTL2012X-103T801, with a cutoff frequency of M±20%. Aquest circuit introdueix filtres de pas baix a les línies d'interfície externa i realitza un filtratge RFI sobre la tensió diferencial. Com a circuit de preprocessament per a PT1000, elimina eficaçment les interferències de radiació electromagnètica i RFI, que millora molt la fiabilitat dels valors recollits. A més, la tensió es mesura directament des dels dos extrems de la resistència PT1000, eliminant l'error causat per la resistència del plom i millorant la precisió del valor de la resistència.

3-wire Class B high industrial temperature control PT100 platinum thermal resistor temperature sensor

K-E type compression spring thermocouple, pt100 temperature sensor probe

High precision PT100 temperature sensor for transformer temperature measurement

5.2 Filtre tipus T
Insert picture description here
El filtre de tipus T consta de dos inductors i condensadors. Els dos extrems tenen una alta impedància, i el seu rendiment de pèrdua d'inserció és similar al del filtre de tipus π, però no és propens “sonant” i es pot utilitzar en circuits de commutació.