Λύση κυκλώματος απόκτησης θερμοκρασίας PT100/PT1000

1. Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT100 και PT1000
Μεταλλικές θερμικές αντιστάσεις όπως το νικέλιο, Οι αντιστάσεις χαλκού και πλατίνας έχουν θετική συσχέτιση με την αλλαγή της αντίστασης με τη θερμοκρασία. Η πλατίνα έχει τις πιο σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες και είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη. Το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας της συνήθως χρησιμοποιούμενης αντίστασης πλατίνας Pt100 είναι -200 ~ 850 ℃. Εξάλλου, το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας Pt500, 1000 Pt, και τα λοιπά. μειώνονται διαδοχικά. 1000 Pt, εύρος μέτρησης θερμοκρασίας -200~420 ℃. Σύμφωνα με το διεθνές πρότυπο IEC751, Τα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας της αντίστασης Platinum Ptinum PT1000 πληρούν τις ακόλουθες απαιτήσεις:

Χαρακτηριστική καμπύλη θερμοκρασίας Pt1000

Σύμφωνα με τη χαρακτηριστική καμπύλη θερμοκρασίας Pt1000, η κλίση της χαρακτηριστικής καμπύλης αντίστασης αλλάζει ελάχιστα εντός του κανονικού εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1). Μέσω γραμμικής προσαρμογής, η κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας είναι:

1.1 Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT100

Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT100

1.2 Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT1000

Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT1000

2. Συχνά χρησιμοποιούμενες λύσεις κυκλωμάτων απόκτησης

2.1 Έξοδος διαίρεσης τάσης αντίστασης 0~3,3V/3V αναλογική τάση

Απευθείας απόκτηση θύρας AD ενός chip
Το εύρος τάσης εξόδου του κυκλώματος μέτρησης θερμοκρασίας είναι 0~3,3V, PT1000 (Η τιμή αντίστασης PT1000 αλλάζει πολύ, η ευαισθησία μέτρησης θερμοκρασίας είναι υψηλότερη από PT100; Το PT100 είναι πιο κατάλληλο για μέτρηση θερμοκρασίας μεγάλης κλίμακας).

Έξοδοι διαιρέτη τάσης αντίστασης 0~3,3V 3V αναλογική τάση

Ο απλούστερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο διαίρεσης τάσης. Η τάση είναι η πηγή αναφοράς τάσης 4V που παράγεται από το τσιπ πηγής αναφοράς τάσης TL431, ή το REF3140 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία 4,096V ως πηγή αναφοράς. Τα τσιπ πηγής αναφοράς περιλαμβάνουν επίσης REF3120, 3125, 3130, 3133, και 3140. Το τσιπ χρησιμοποιεί πακέτο SOT-32 και τάση εισόδου 5V. Η τάση εξόδου μπορεί να επιλεγεί σύμφωνα με την απαιτούμενη τάση αναφοράς. Φυσικά, σύμφωνα με την κανονική περιοχή εισόδου τάσης της θύρας AD MCU, δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3V/3,3V.

2.2 Έξοδος διαίρεσης τάσης αντίστασης 0~5V αναλογική τάση MCU AD απευθείας απόκτηση θύρας.
Φυσικά, Ορισμένα κυκλώματα χρησιμοποιούν τροφοδοτικό 5V MCU, και το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας του PT1000 είναι 0,5 mA, οπότε θα πρέπει να χρησιμοποιείται η κατάλληλη τιμή αντίστασης για να διασφαλίζεται η κανονική λειτουργία των εξαρτημάτων.
Για παράδειγμα, το 3,3V στο σχηματικό διάγραμμα διαίρεσης τάσης παραπάνω αντικαθίσταται με 5V. Το πλεονέκτημα αυτού είναι ότι η διαίρεση τάσης 5V είναι πιο ευαίσθητη από τα 3,3V, και η απόκτηση είναι πιο ακριβής. Θυμάμαι, η θεωρητικά υπολογισμένη τάση εξόδου δεν μπορεί να υπερβαίνει τα +5V. Αλλιώς, θα προκαλέσει βλάβη στο MCU.

2.3 Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέτρηση γέφυρας
R11, R12, Τα R13 και Pt1000 χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν μια γέφυρα μέτρησης, όπου R11=R13=10k, R12=1000R αντιστάσεις ακριβείας. Όταν η τιμή αντίστασης του Pt1000 δεν είναι ίση με την τιμή αντίστασης του R12, η γέφυρα θα παράγει ένα σήμα διαφοράς τάσης σε επίπεδο mV. Αυτό το σήμα διαφοράς τάσης ενισχύεται από το κύκλωμα ενισχυτή του οργάνου και εξάγει το επιθυμητό σήμα τάσης. Αυτό το σήμα μπορεί να συνδεθεί απευθείας στο τσιπ μετατροπής AD ή στη θύρα AD του μικροελεγκτή.

R11, R12, Τα R13 και Pt1000 χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν μια γέφυρα μέτρησης

Η αρχή της μέτρησης της αντίστασης αυτού του κυκλώματος:
1) Το PT1000 είναι ένα θερμίστορ. Καθώς αλλάζει η θερμοκρασία, η αντίσταση αλλάζει βασικά γραμμικά.
2) Στο 0 βαθμούς, η αντίσταση του PT1000 είναι 1kΩ, τότε το Ub και το Ua είναι ίσα, ήτοι, Uba = Ub – Κάνω = 0.
3) Υποθέτοντας ότι σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, η αντίσταση του PT1000 είναι 1,5kΩ, τότε το Ub και το Ua δεν είναι ίσα. Σύμφωνα με την αρχή της διαίρεσης τάσης, μπορούμε να ανακαλύψουμε ότι Uba = Ub – Κάνω > 0.
4) Ο OP07 είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής, και το κέρδος τάσης Α εξαρτάται από το εξωτερικό κύκλωμα, όπου A = R2/R1 = 17.5.
5) Η τάση εξόδου Uo του OP07 = Uba * ΕΝΑ. Αν λοιπόν χρησιμοποιήσουμε βολτόμετρο για να μετρήσουμε την τάση εξόδου του OP07, μπορούμε να συμπεράνουμε την τιμή του Uab. Δεδομένου ότι το Ua είναι μια γνωστή τιμή, μπορούμε περαιτέρω να υπολογίσουμε την τιμή του Ub. Τότε, χρησιμοποιώντας την αρχή της διαίρεσης τάσης, μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή ειδικής αντίστασης του PT1000. Αυτή η διαδικασία μπορεί να επιτευχθεί μέσω υπολογισμού λογισμικού.
6) Αν γνωρίζουμε την τιμή αντίστασης του PT1000 σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, Χρειάζεται μόνο να αναζητήσουμε τον πίνακα με βάση την τιμή αντίστασης για να γνωρίζουμε την τρέχουσα θερμοκρασία.

2.4 Πηγή σταθερού ρεύματος
Λόγω της αυτοθερμαντικής επίδρασης της θερμικής αντίστασης, το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο. Γενικά, το ρεύμα αναμένεται να είναι μικρότερο από 10 mA. Έχει επαληθευτεί ότι η αυτοθέρμανση της αντίστασης πλατίνας PT100 του 1 Το mW θα προκαλέσει αλλαγή θερμοκρασίας 0,02-0,75℃. Επομένως, Η μείωση του ρεύματος της αντίστασης πλατίνας PT100 μπορεί επίσης να μειώσει τη μεταβολή της θερμοκρασίας της. Ωστόσο, εάν το ρεύμα είναι πολύ μικρό, είναι ευαίσθητο σε παρεμβολές θορύβου, οπότε η τιμή είναι γενικά 0.5-2 α, οπότε το ρεύμα πηγής σταθερού ρεύματος επιλέγεται ως πηγή σταθερού ρεύματος 1 mA.

Το τσιπ επιλέγεται ως το τσιπ πηγής σταθερής τάσης TL431, και στη συνέχεια μετατρέπεται σε πηγή σταθερού ρεύματος χρησιμοποιώντας τρέχουσα αρνητική ανάδραση. Το κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα

Μεταξύ αυτών, ο λειτουργικός ενισχυτής CA3140 χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της χωρητικότητας φορτίου της πηγής ρεύματος, και ο τύπος υπολογισμού για το ρεύμα εξόδου είναι:

Η αντίσταση πρέπει να είναι α 0.1% αντίσταση ακριβείας. Το τελικό ρεύμα εξόδου είναι 0,996 mA, ήτοι, η ακρίβεια είναι 0.4%.

Το κύκλωμα πηγής σταθερού ρεύματος πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά

Επιλέξτε το τσιπ πηγής σταθερής τάσης TL431

Σταθερότητα θερμοκρασίας: Δεδομένου ότι το περιβάλλον μέτρησης θερμοκρασίας μας είναι 0-100℃, η έξοδος της πηγής ρεύματος δεν πρέπει να είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία. Το TL431 έχει εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας και χαμηλή μετατόπιση θερμοκρασίας.

Καλή ρύθμιση φορτίου: Εάν ο τρέχων κυματισμός είναι πολύ μεγάλος, θα προκαλέσει λάθη ανάγνωσης. Σύμφωνα με τη θεωρητική ανάλυση, αφού η τάση εισόδου κυμαίνεται μεταξύ 100-138,5mV, και το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας είναι 0-100℃, η ακρίβεια μέτρησης θερμοκρασίας είναι ±1 βαθμός Κελσίου, οπότε η τάση εξόδου πρέπει να αλλάζει κατά 38,5/100=0,385 mV για κάθε 1℃ αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Για να διασφαλιστεί ότι η τρέχουσα διακύμανση δεν επηρεάζει την ακρίβεια, εξετάστε την πιο ακραία περίπτωση, στο 100 βαθμούς Κελσίου, η τιμή αντίστασης του PT100 θα πρέπει να είναι 138,5R. Τότε η τρέχουσα κυματισμός θα πρέπει να είναι μικρότερη από 0,385/138,5=0,000278mA, ήτοι, η αλλαγή ρεύματος κατά την αλλαγή φορτίου πρέπει να είναι μικρότερη από 0,000278 mA. Στην πραγματική προσομοίωση, η τρέχουσα πηγή παραμένει βασικά αμετάβλητη.
3. Λύση κυκλώματος απόκτησης AD623

Λύση κυκλώματος PT1000 απόκτησης AD623

Η αρχή μπορεί να αναφέρεται στην παραπάνω αρχή μέτρησης της γέφυρας.
Απόκτηση χαμηλής θερμοκρασίας:

Απόκτηση υψηλής θερμοκρασίας

4. Λύση κυκλώματος απόκτησης AD620

Λύση απόκτησης AD620 PT100

AD620 PT100 διάλυμα απόκτησης υψηλής θερμοκρασίας (150°):

Λύση απόκτησης AD620 PT100 χαμηλή θερμοκρασία (-40°):

AD620 PT100 διάλυμα απόκτησης θερμοκρασία δωματίου (20°):

5. Ανάλυση φιλτραρίσματος κατά των παρεμβολών PT100 και PT1000

Απόκτηση θερμοκρασίας σε κάποιο συγκρότημα, σκληρά ή ειδικά περιβάλλοντα θα υπόκεινται σε μεγάλες παρεμβολές, συμπεριλαμβανομένων κυρίως των EMI και REI.

Για παράδειγμα, στην εφαρμογή της απόκτησης θερμοκρασίας κινητήρα, Ο έλεγχος του κινητήρα και η περιστροφή υψηλής ταχύτητας του κινητήρα προκαλούν διαταραχές υψηλής συχνότητας.

Υπάρχει επίσης ένας μεγάλος αριθμός σεναρίων ελέγχου θερμοκρασίας μέσα σε οχήματα αεροπορίας και αεροδιαστημικής, που μετρούν και ελέγχουν το σύστημα ισχύος και το σύστημα περιβαλλοντικού ελέγχου. Ο πυρήνας του ελέγχου θερμοκρασίας είναι η μέτρηση θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι η αντίσταση του θερμίστορ μπορεί να αλλάξει γραμμικά με τη θερμοκρασία, Η χρήση αντίστασης πλατίνας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας είναι μια αποτελεσματική μέθοδος μέτρησης θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας. Τα κύρια προβλήματα είναι τα εξής:
1. Η αντίσταση στο καλώδιο μολύβδου εισάγεται εύκολα, επηρεάζοντας έτσι την ακρίβεια μέτρησης του αισθητήρα;
2. Σε ορισμένα περιβάλλοντα ισχυρών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, η παρεμβολή μπορεί να μετατραπεί σε έξοδο DC μετά από διόρθωση από τον ενισχυτή οργάνου
Σφάλμα μετατόπισης, επηρεάζει την ακρίβεια της μέτρησης.
5.1 Αεροδιαστημικό κύκλωμα απόκτησης PT1000

Αεροδιαστημικό κύκλωμα απόκτησης PT1000

Ανατρέξτε στον σχεδιασμό ενός αερομεταφερόμενου κυκλώματος απόκτησης PT1000 για αντιηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές σε μια συγκεκριμένη αεροπορία.

Ένα φίλτρο έχει ρυθμιστεί στο πιο εξωτερικό άκρο του κυκλώματος λήψης. Το κύκλωμα προεπεξεργασίας απόκτησης PT1000 είναι κατάλληλο για προεπεξεργασία κατά της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής διεπαφής ηλεκτρονικού εξοπλισμού αερομεταφερόμενου;
Το συγκεκριμένο κύκλωμα είναι:
Η τάση εισόδου +15V μετατρέπεται σε πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V μέσω ενός ρυθμιστή τάσης, και η πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V συνδέεται απευθείας με την αντίσταση R1.
Το άλλο άκρο της αντίστασης R1 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, ένα συνδεδεμένο στην είσοδο φάσης του ενισχυτή λειτουργίας, και το άλλο συνδεδεμένο με την αντίσταση Α PT1000 τελειώνει μέσω του φίλτρου τύπου Τ S1. Η έξοδος του ενισχυτή λειτουργίας συνδέεται με την είσοδο αναστροφής για να σχηματίσει έναν ακολουθητή τάσης, και η είσοδος αναστροφής συνδέεται στη θύρα γείωσης του ρυθμιστή τάσης για να διασφαλιστεί ότι η τάση στην είσοδο εντός φάσης είναι πάντα μηδενική. Αφού περάσετε από το φίλτρο S2, το ένα άκρο Α της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, μία διαδρομή χρησιμοποιείται ως ακροδέκτης εισόδου διαφορικής τάσης D μέσω της αντίστασης R4, και η άλλη διαδρομή συνδέεται με AGND μέσω της αντίστασης R2. Αφού περάσετε από το φίλτρο S3, το άλλο άκρο Β της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, μια διαδρομή χρησιμοποιείται ως ακροδέκτης εισόδου διαφορικής τάσης Ε μέσω της αντίστασης R5, και η άλλη διαδρομή συνδέεται με AGND μέσω της αντίστασης R3. Τα D και E συνδέονται μέσω του πυκνωτή C3, Το D συνδέεται στο AGND μέσω του πυκνωτή C1, και το E συνδέεται στο AGND μέσω του πυκνωτή C2; η ακριβής τιμή αντίστασης του PT1000 μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας τη διαφορική τάση μεταξύ D και E.

Η τάση εισόδου +15V μετατρέπεται σε πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V μέσω ενός ρυθμιστή τάσης. Το +5V συνδέεται απευθείας στο R1. Το άλλο άκρο του R1 χωρίζεται σε δύο μονοπάτια, Το ένα συνδέεται στον ακροδέκτη εισόδου εντός φάσης του ενισχυτή λειτουργίας, και το άλλο συνδέεται με την αντίσταση Α PT1000 μέσω του φίλτρου τύπου Τ S1. Η έξοδος του ενισχυτή λειτουργίας συνδέεται με την είσοδο αναστροφής για να σχηματίσει έναν ακολουθητή τάσης, και η είσοδος αναστροφής συνδέεται στη θύρα γείωσης του ρυθμιστή τάσης για να διασφαλιστεί ότι η τάση στην είσοδο αναστροφής είναι πάντα μηδενική. Αυτή τη στιγμή, το ρεύμα που διαρρέει το R1 είναι σταθερό 0,5 mA. Ο ρυθμιστής τάσης χρησιμοποιεί AD586TQ/883B, και ο ενισχυτής λειτουργίας χρησιμοποιεί OP467A.

Αφού περάσετε από το φίλτρο S2, το ένα άκρο Α της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, μία μέσω της αντίστασης R4 ως άκρο εισόδου διαφορικής τάσης D, και μία μέσω αντίστασης R2 προς AGND; αφού περάσει από το φίλτρο S3, το άλλο άκρο Β της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, μία μέσω της αντίστασης R5 ως άκρο εισόδου διαφορικής τάσης Ε, και ένα μέσω αντίστασης R3 στο AGND. Τα D και E συνδέονται μέσω του πυκνωτή C3, Το D συνδέεται στο AGND μέσω του πυκνωτή C1, και το E συνδέεται στο AGND μέσω του πυκνωτή C2.
Η αντίσταση των R4 και R5 είναι 4,02k ohms, η αντίσταση των R1 και R2 είναι 1M ohms, η χωρητικότητα των C1 και C2 είναι 1000pF, και η χωρητικότητα του C3 είναι 0,047uF. R4, R5, Γ1, Γ2, και το C3 μαζί σχηματίζουν ένα δίκτυο φίλτρων RFI, που ολοκληρώνει το χαμηλοπερατό φιλτράρισμα του σήματος εισόδου, και τα αντικείμενα προς φιλτράρισμα περιλαμβάνουν την παρεμβολή διαφορικού τρόπου λειτουργίας και την παρεμβολή κοινής λειτουργίας που πραγματοποιείται στο διαφορικό σήμα εισόδου. Ο υπολογισμός της συχνότητας αποκοπής ‑3dB της παρεμβολής κοινής λειτουργίας και της παρεμβολής διαφορικού τρόπου λειτουργίας που πραγματοποιείται στο σήμα εισόδου φαίνεται στον τύπο:

Αντικατάσταση της τιμής αντίστασης στον υπολογισμό, η συχνότητα αποκοπής κοινής λειτουργίας είναι 40 kHZ, και η συχνότητα αποκοπής διαφορικής λειτουργίας είναι 2,6KHZ.
Το τελικό σημείο Β συνδέεται στο AGND μέσω του φίλτρου S4. Μεταξύ αυτών, οι ακροδέκτες γείωσης του φίλτρου από το S1 έως το S4 είναι όλοι συνδεδεμένοι στη γείωση θωράκισης του αεροσκάφους. Δεδομένου ότι το ρεύμα που διαρρέει το PT1000 είναι γνωστό 0,05 mA, η ακριβής τιμή αντίστασης του PT1000 μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας τη διαφορική τάση και στα δύο άκρα του D και E.
Τα S1 έως S4 χρησιμοποιούν φίλτρα τύπου T, μοντέλο GTL2012X‑103T801, με συχνότητα αποκοπής 1M±20%. Αυτό το κύκλωμα εισάγει φίλτρα χαμηλής διέλευσης στις γραμμές εξωτερικής διασύνδεσης και εκτελεί φιλτράρισμα RFI στη διαφορική τάση. Ως κύκλωμα προεπεξεργασίας για PT1000, εξαλείφει αποτελεσματικά τις παρεμβολές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και RFI, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την αξιοπιστία των συλλεγόμενων τιμών. Εξάλλου, η τάση μετράται απευθείας και από τα δύο άκρα της αντίστασης PT1000, εξαλείφοντας το σφάλμα που προκαλείται από την αντίσταση του ηλεκτροδίου και βελτιώνοντας την ακρίβεια της τιμής αντίστασης.

5.2 Φίλτρο τύπου Τ
Το φίλτρο τύπου Τ αποτελείται από δύο επαγωγείς και πυκνωτές. Και τα δύο άκρα του έχουν υψηλή αντίσταση, και η απόδοση απώλειας εισαγωγής είναι παρόμοια με αυτή του φίλτρου τύπου π, αλλά δεν είναι επιρρεπής σε “κουδούνισμα” και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κυκλώματα μεταγωγής.