Αντιστάσεις και κυκλώματα ανιχνευτών θερμικής αντιστάσεως PT100 και 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 στους 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, tanks and pipes

Ανιχνευτής αισθητήρα θερμοκρασίας T100 υψηλή θερμοκρασία -50 ～ 260 καλώδιο

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

Λύση κυκλώματος απόκτησης θερμοκρασίας PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Μεταλλικές θερμικές αντιστάσεις όπως το νικέλιο, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Η πλατίνα έχει τις πιο σταθερές φυσικές και χημικές ιδιότητες και είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη. Το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας των κοινά χρησιμοποιούμενων ανιχνευτών ανθεκτικότητας στην πλατίνα PT100 είναι -200 ～ 850 ℃, και τις περιοχές μέτρησης θερμοκρασίας του PT500, Ανιχνευτές αισθητήρα PT1000, και τα λοιπά. μειώνονται διαδοχικά. 1000 Pt, Το εύρος μέτρησης θερμοκρασίας είναι -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, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας PT100 1

2. Συχνά χρησιμοποιούμενες λύσεις κυκλωμάτων απόκτησης

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Το εύρος τάσης εξόδου του κυκλώματος μέτρησης θερμοκρασίας είναι 0~3,3V, PT1000 (Η τιμή αντίστασης PT1000 αλλάζει πολύ, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; Το PT100 είναι πιο κατάλληλο για μέτρηση θερμοκρασίας μεγάλης κλίμακας).

Ο απλούστερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο διαίρεσης τάσης. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatively, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, και 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Η τάση εξόδου μπορεί να επιλεγεί σύμφωνα με την απαιτούμενη τάση αναφοράς. Φυσικά, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3V/3,3V.

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.
Φυσικά, 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.
Για παράδειγμα, 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. Θυμάμαι, η θεωρητικά υπολογισμένη τάση εξόδου δεν μπορεί να υπερβαίνει τα +5V. Αλλιώς, the microcontroller will be damaged.

2.3 Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέτρηση γέφυρας

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, όπου R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Όταν η τιμή αντίστασης του Pt1000 δεν είναι ίση με την τιμή αντίστασης του R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Αυτό το σήμα διαφοράς τάσης ενισχύεται από το κύκλωμα ενισχυτή του οργάνου και εξάγει το επιθυμητό σήμα τάσης, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Η αρχή της μέτρησης της αντίστασης αυτού του κυκλώματος:

1) Το PT1000 είναι ένα θερμίστορ, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Κάνω > 0.
4) Ο OP07 είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, 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, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Πηγή σταθερού ρεύματος
Λόγω της αυτοθερμαντικής επίδρασης της θερμικής αντίστασης, 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. Έχει επαληθευτεί ότι η αυτοθέρμανση της αντίστασης πλατίνας PT100 του 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. Ωστόσο, εάν το ρεύμα είναι πολύ μικρό, είναι ευαίσθητο σε παρεμβολές θορύβου, so it is generally taken at 0.5 να 2 α, οπότε το ρεύμα πηγής σταθερού ρεύματος επιλέγεται ως πηγή σταθερού ρεύματος 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. Το κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, και ο τύπος υπολογισμού για το ρεύμα εξόδου είναι:
Insert picture description here The resistor should be a 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:
Σταθερότητα θερμοκρασίας: Δεδομένου ότι το περιβάλλον μέτρησης θερμοκρασίας μας είναι 0-100℃, η έξοδος της πηγής ρεύματος δεν πρέπει να είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Καλή ρύθμιση φορτίου: Εάν ο τρέχων κυματισμός είναι πολύ μεγάλος, θα προκαλέσει λάθη ανάγνωσης. Σύμφωνα με τη θεωρητική ανάλυση. Since the input voltage varies between 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. Στην πραγματική προσομοίωση, η τρέχουσα πηγή παραμένει βασικά αμετάβλητη.

3. Λύση κυκλώματος απόκτησης AD623
Η αρχή μπορεί να αναφέρεται στην παραπάνω αρχή μέτρησης της γέφυρας.
Απόκτηση χαμηλής θερμοκρασίας:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Απόκτηση υψηλής θερμοκρασίας
Insert picture description here

4. Λύση κυκλώματος απόκτησης 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
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, επηρεάζει την ακρίβεια της μέτρησης.

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Ένα φίλτρο έχει ρυθμιστεί στο πιο εξωτερικό άκρο του κυκλώματος λήψης. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
Η τάση εισόδου +15V μετατρέπεται σε πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V μέσω ενός ρυθμιστή τάσης. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input D, και μία μέσω αντίστασης R2 προς AGND. Αφού περάσετε από το φίλτρο S3, το άλλο άκρο Β της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, one through resistor R5 as the differential voltage input E, 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and 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, ένα συνδεδεμένο στην είσοδο φάσης του ενισχυτή λειτουργίας, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter 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 περάσετε 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. 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. Ο υπολογισμός της συχνότητας αποκοπής ‑3dB της παρεμβολής κοινής λειτουργίας και της παρεμβολής διαφορικού τρόπου λειτουργίας που πραγματοποιείται στο σήμα εισόδου φαίνεται στον τύπο:

Αεροδιαστημικό κύκλωμα απόκτησης PT1000

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, with a cutoff frequency of M±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.

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 Φίλτρο τύπου Τ
Insert picture description here
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.