Rezistory a obvody sondy PT100 a PT1000 kovových tepelných rezistorů

Obvod získávání teploty pro senzorovou sondu PT100 nebo PT1000 se obvykle skládá ze stabilního proudu pro vzrušení senzoru, Obvod měření odolnosti vysoce přesného pro detekci změny odporu s teplotou, A analogový digitální převodník (ADC) Převést měřené napětí na digitální signál, který může být zpracován mikrokontrolérem nebo systémem pro sběr dat; Klíčovým rozdílem mezi obvodem PT100 a PT1000 je měřítko hodnot odporu v důsledku toho, že PT100 má nominální odpor 100 ohmy při 0 ° C, zatímco PT1000 má 1000 Ohmy při 0 ° C., často vyžaduje úpravy v měřicím obvodu v závislosti na požadované přesnosti a aplikaci.

Článek zavádí změnu odporu PT100 a PT1000 kovových termálních rezistorových senzorových sond při různých teplotách, stejně jako řada roztoků obvodu pro získávání teploty. Včetně dělení napětí odporu, měření mostu, zdroj s konstantním proudem a AD623, Akviziční obvod AD620. Aby se odolalo rušení, zejména elektromagnetické rušení v oblasti letectví, Navrhuje se návrh obvodu teplotního snímače PT1000 PT1000, včetně filtru typu T pro filtrování a zlepšování přesnosti měření.
Abstrakt generovaný CSDN prostřednictvím inteligentní technologie

Senzor kabelu PT100 pro přesné měření teploty v nádobách, nádrže a potrubí

Sonda teplotního senzoru T100 Vysoká teplota -50 ～ 260 kabel

Senzor teploty odolnosti PT100 Platinum pro povrchovou teplotu vysílače

Roztok obvodu teploty PT100/PT1000
1. Tabulka změny odolnosti teploty senzorů PT100 a PT1000
Kovové tepelné rezistory, jako je nikl, Nedodržené rezistory mědi a platinové mají pozitivní korelaci se změnou teploty. Platina má nejstabilnější fyzikální a chemické vlastnosti a je nejrozšířenější. Rozsah měření teploty běžně používaného sondu senzoru PT100 PT100 je -200 ～ 850 ℃, a rozsahy měření teploty PT500, Senzorové sondy PT1000, atd. jsou postupně sníženy. PT1000, Rozsah měření teploty je -200 ～ 420 ℃. Podle mezinárodního standardu IEC751, Teplotní charakteristiky platinového rezistoru PT1000 splňuje následující požadavky:

Křivka charakteristiky teploty PT1000

Podle teplotní charakteristické křivky teploty PT1000, Sklon charakteristické křivky odporu se mírně mění v normálním provozní teplotě (Jak je znázorněno na obrázku 1). Přibližný vztah mezi odporem a teplotou lze získat lineárním montáží:

Tabulka změny odolnosti teploty PT100 1

2. Běžně používaná řešení obvodů získávání

2. 1 Výstup děliče napětí rezistoru 0 ~ 3,3V/3V Analogové napětí s jedním čipem AD Port Přímé získávání
Výstupní rozsah napětí měření teploty je 0 ~ 3,3 V, PT1000 (Hodnota odporu PT1000 se výrazně změní, a citlivost měření teploty je vyšší než PT100; PT100 je vhodnější pro měření teploty ve velkém měřítku).

Nejjednodušším způsobem je použití metody dělení napětí. Napětí je generováno referenčním zdrojem napětí TL431, což je referenční zdroj 4V napětí. Alternativně, Ref3140 lze použít ke generování 4,096V jako referenčního zdroje. Čipy zdroje referenčních zdrojů zahrnují také REF3120, 3125, 3130, 3133, a 3140. Čip používá balíček SOT-32 a 5V vstupní napětí. Výstupní napětí lze vybrat podle požadovaného referenčního napětí. Samozřejmě, Podle normálního vstupního rozsahu napětí reklamního portu mikrokontroléru, nesmí překročit 3V/3,3 V.

PT100 Single Chip AD Port Circuit Direct Acquisition

2.2 Výstup dělení napětí rezistoru 0 ~ 5V Analogové napětí, a reklamní port mikrokontroléru jej přímo shromažďuje.
Samozřejmě, Některé obvody jsou poháněny 5V mikrokontrolérem, a maximální provozní proud PT1000 je 0,5 mA, K zajištění normálního provozu komponenty tedy musí být použita vhodná hodnota odporu.
Například, 3,3 V ve výše uvedeném schématu dělení napětí je nahrazen 5V. Výhodou toho je, že dělení 5V napětí je citlivější než napětí 3,3 V, A sbírka je přesnější. Pamatujte, Teoretické vypočítané výstupní napětí nesmí překročit +5V. Jinak, mikrokontrolér bude poškozen.

2.3 Nejčastěji používané měření mostu

Obvod děliče napětí výstupů PT100 0 ~ 5V Analogového napětí

Použijte R11, R12, R13 a PT1000 za vzniku měřicího mostu, kde R11 = R13 = 10k, R12 = 1000r přesný odpor. Pokud se hodnota odporu PT1000 nerovná hodnotě odporu R12, Most vyloží diferenční signál napětí MV. Tento signál rozdílu napětí je zesílen obvodem zesilovače přístroje a vydává požadovaný napěťový signál, které mohou být přímo připojeny k čipu konverze reklamy nebo reklamnímu portu mikrokontroléru.

Princip měření odporu tohoto obvodu:

1) PT1000 je termistor, a jeho odpor se v podstatě mění se změnou teploty.

2) Na 0 stupně, Odpor PT1000 je 1 kΩ, pak jsou UB a UA stejné, to je, Uba = ub – Do = 0.
3) Za předpokladu, že při určité teplotě, Odpor PT1000 je 1,5 kΩ, pak UB a UA nejsou stejné. Podle principu děliče napětí, Můžeme najít uba = ub – Dělat > 0.
4) OP07 je operační zesilovač, a jeho amplifikační faktor napětí A závisí na externím obvodu, kde a = r2/r1 = 17.5.
5) Výstupní napětí UO OP07 = UBA * A. Pokud tedy použijeme voltmetr k měření výstupního napětí OP07, Můžeme odvodit hodnotu UAB. Protože UA je známá hodnota, Můžeme dále vypočítat hodnotu UB. Pak, pomocí principu děliče napětí, Můžeme vypočítat specifickou hodnotu odporu PT1000. Tohoto procesu lze dosáhnout pomocí výpočtu softwaru.
6) Pokud známe hodnotu odporu PT1000 při jakékoli teplotě, Musíme jen vyhledat stůl podle hodnoty odporu, abychom znali aktuální teplotu.

2.4 Konstantní zdroj proudu
Kvůli samohněčnému účinku tepelného rezistoru, Je nutné zajistit, aby proud protékal odporem co nejmenší, a obecně se očekává, že proud bude menší než 10 mA. Bylo ověřeno, že samohryje se pt100 1 MW způsobí změnu teploty 0.02 na 0,75 ℃, Snížení proudu PT100 PT100 tedy může také snížit změnu teploty. Však, Pokud je proud příliš malý, je náchylný k zásahu do hluku, Obecně se tedy bere na 0.5 na 2 Ma, Zdrojový proud s konstantním proudem je tedy vybrán jako zdroj konstantního proudu 1MA.

Vybraný čip je čip konstantního zdroje napětí TL431, a pak se současná negativní zpětná vazba používá k jejímu převodu na zdroj konstantního proudu. Obvod je zobrazen na obrázku:

Konstantní proudový zdroj schématu získávání obvodů rezistoru PT100

Operační zesilovač CA3140 se používá ke zlepšení nákladové kapacity aktuálního zdroje, a vzorec výpočtu pro výstupní proud je:
Vložte obrázek Popis ZDE by měl být rezistor a 0.1% přesný odpor. Konečný výstupní proud je 0,996 mA, to je, přesnost je 0.4%.
Zdrojový obvod s konstantním proudem by měl mít následující vlastnosti:
Stabilita teploty: Protože naše prostředí měření teploty je 0-100 ℃, Výstup aktuálního zdroje by neměl být citlivý na teplotu. A TL431 má extrémně nízkoteplotní koeficient a drift nízké teploty.

Regulace dobré zatížení: Pokud je aktuální zvlnění příliš velké, způsobí to chyby čtení. Podle teoretické analýzy. Protože vstupní napětí se pohybuje mezi 100-138,5 mV, a rozsah měření teploty je 0-100 ℃, Přesnost měření teploty je ± 1 stupně Celsia, Výstupní napětí by se tedy mělo změnit o 38,5/100 = 0,385 mV pro každý 1 ℃ zvýšení teploty okolního okolí. Aby bylo zajištěno, že současná fluktuace neovlivňuje přesnost, Zvažte nejextrémnější případ, na 100 stupně Celsia, Hodnota odporu PT100 by měla být 138,5R. Pak by mělo být aktuální zvlnění menší než 0,385/138,5 = 0,000278ma, to je, Změna proudu během změny zatížení by měla být menší než 0,000278ma. Ve skutečné simulaci, Aktuální zdroj zůstává v podstatě nezměněn.

3. Řešení obvodu AD623
Princip se může vztahovat na výše uvedený princip měření mostu.
Získání nízké teploty:

AD620 měří vysoko teplotní roztok PT100 (150°)

Získání vysoké teploty
Vložte popis obrázku zde

4. Řešení obvodu AD620
AD620 PT100 Akviziční řešení pro vysokou teplotu (150°):

AD620 měří akviziční řešení PT100 při nízké teplotě (-40°)

AD620 PT100 Akviziční řešení pro nízkou teplotu (-40°):

AD620 měří schéma akvizice PT100 při teplotě místnosti (20°)

Ad620 PT100 Akviziční řešení pro teplotu místnosti (20°):

Obvod s vysokou teplotou senzoru PT100

5. Analýza filtrování proti interferencím senzorů PT100 a PT1000
Získání teploty v nějakém komplexu, Tvrdá nebo zvláštní prostředí budou podléhat velkému rušení, hlavně včetně EMI a REI. Například, Při aplikaci získávání teploty motoru, Vysokofrekvenční poruchy způsobené řízením motoru a vysokorychlostní rotací motoru.

Uvnitř leteckých a leteckých vozidel je také velké množství scénářů kontroly teploty, které měří a řídí energetický systém a systém kontroly životního prostředí. Jádrem kontroly teploty je měření teploty. Protože odpor termistoru se může lineárně měnit s teplotou, Použití odolnosti vůči platině k měření teploty je účinnou metodou měření teploty s vysokou přesností. Hlavní problémy jsou následující:
1. Snadno se zavede odpor na olověném drátu, což ovlivňuje přesnost měření senzoru;
2. V určitých silných elektromagnetických interferenčních prostředích, Interference může být převedeno na chybu posunu DC výstupu po napravení přístrojovým zesilovačem, ovlivňující přesnost měření.

5.1 Akviziční obvod Aerospace Airborne
Naleznete v návrhu akvizičního obvodu vzduchu PT1000 pro anti-elektromagnetické rušení v určitém letectví.

Schéma obvodu AD623 pro senzor PT100

Filtr je nastaven na nejvzdálenějším konci akvizičního obvodu. Obvod předběžného zpracování PT1000 je vhodný pro anti-elektromagnetické rušení předzpracování rozhraní elektronických zařízení ve vzduchu; konkrétní obvod je:
Vstupní napětí +15V je přeměněno na zdroj vysoce přesného napětí +5V prostřednictvím regulátoru napětí. Zdroj +5V s vysokou přesností je přímo připojen k rezistoru R1, a druhý konec rezistoru R1 je rozdělen do dvou cest. Jeden je připojen k vstupnímu vstupnímu konci OP zesilovače, a druhý je připojen k rezistoru PT1000 a konec přes filtr typu T S1. Výstup zesilovače OP je připojen k invertujícímu vstupu, aby vytvořil napěťový sledovač, a invertující vstup je připojen k podzemnímu portu regulátoru napětí, aby se zajistilo, že napětí na vstupu v fázi je vždy nula. Po průchodu filtrem S2, Jeden konec rezistoru PT1000 je rozdělen do dvou cest, jeden přes rezistor R4 jako vstup diferenciálního napětí d, a jeden přes rezistor R2 na Agnd. Po průchodu filtrem S3, Druhý konec B rezistoru PT1000 je rozdělen do dvou cest, jeden přes rezistor R5 jako vstup diferenciálního napětí, a jeden přes rezistor R3 na Agnd. D a E jsou spojeny pomocí kondenzátoru C3, D je připojen k AgND prostřednictvím kondenzátoru C1, a E je připojen k AGND prostřednictvím kondenzátoru C2. Přesná hodnota odporu PT1000 lze vypočítat měřením diferenciálního napětí napříč D a E.

Vstupní napětí +15V je přeměněno na zdroj vysoce přesného napětí +5V prostřednictvím regulátoru napětí. +5V je přímo připojeno k R1. Druhý konec R1 je rozdělen do dvou cest, jeden připojený k vstupu ve fázi OP zesilovače, a druhý připojený ke konci rezistoru PT1000 prostřednictvím filtru typu T S1. Výstup zesilovače OP je připojen k invertujícímu vstupu, aby vytvořil napěťový sledovač, a invertující vstup je připojen k podzemnímu portu regulátoru napětí, aby se zajistilo, že napětí na invertujícím vstupu je vždy nulové. V tuto chvíli, proud protékající R1 je konstanta 0,5 mA. Regulátor napětí používá AD586TQ/883B, A OP AMP používá OP467A.

Po průchodu filtrem S2, Jeden konec rezistoru PT1000 je rozdělen do dvou cest, jeden přes rezistor R4 jako vstupní konec diferenciálního napětí D, a jeden přes rezistor R2 na Agnd. Po průchodu filtrem S3, Druhý konec B rezistoru PT1000 je rozdělen do dvou cest, jeden přes rezistor R5 jako vstupní konec diferenciálního napětí e, a jeden přes rezistor R3 na Agnd. D a E jsou spojeny pomocí kondenzátoru C3, D je připojen k AgND prostřednictvím kondenzátoru C1, a E je připojen k AGND prostřednictvím kondenzátoru C2.
Odpor R4 a R5 je 4,02 K ohmy, Odpor R1 a R2 je 1m ohm, Kapacita C1 a C2 je 1000pf, a kapacita C3 je 0,047uf. R4, R5, C1, C2, a C3 společně tvoří síť RFI filtru. Filtr RFI dokončuje filtrování vstupního signálu s nízkým průchodem, a objekty filtrované zahrnují interference diferenciálního režimu a rušení běžného režimu přenášené ve vstupním diferenciálním signálu. Výpočet mezní frekvence –3DB v rušení běžného režimu a rušení diferenciálního režimu přenášeného ve vstupním signálu je uvedeno ve vzorci:

Akviziční obvod Aerospace Airborne

Nahrazení hodnoty odporu do výpočtu, Frekvence mezní frekvence běžného režimu je 40 kHz, a mezní frekvence diferenciálního režimu je 2,6 kHz.
Koncový bod B je připojen k AGND prostřednictvím filtru S4. Mezi nimi, Filtrační pozemní terminály od S1 do S4 jsou spojeny s půdou pro stínění letadla. Protože proud protékající PT1000 je známý 0,05 mA, Přesná hodnota odporu PT1000 lze vypočítat měřením diferenciálního napětí na obou koncích D a E.
S1 až S4 Použijte filtry typu T, Model GTL2012X - 103T801, s mezní frekvencí m ± 20%. Tento obvod zavádí filtry s nízkým průchodem do linek externího rozhraní a provádí filtrování RFI na diferenciálním napětí. Jako obvod předběžného zpracování pro PT1000, účinně eliminuje elektromagnetické a RFI záření interference, což výrazně zlepšuje spolehlivost shromážděných hodnot. Navíc, Napětí se přímo měří z obou konců odporu PT1000, Eliminace chyby způsobené odporem olova a zlepšením přesnosti hodnoty odporu.

3-Hlavní řízení vodiče B ​​Vysoká průmyslová teplota PT100 Platinum tepelný rezistor Senzor teploty

Thermočmán K-E Tempresního pružiny, Sondorová sonda teploty PT100

Senzor teploty s vysokou přesností PT100 pro měření teploty transformátoru

5.2 Filtr typu T.
Vložte popis obrázku zde
Filtr typu T se skládá ze dvou induktorů a kondenzátorů. Oba konce mají vysokou impedanci, a jeho ztráta vložení je podobná výkonnosti filtru typu π, ale není to náchylné k “vyzvánění” a lze jej použít při přepínání obvodů.