Ένα κύκλωμα απόκτησης θερμοκρασίας για έναν αισθητήρα αισθητήρα PT100 ή PT1000 συνήθως αποτελείται από μια σταθερή πηγή ρεύματος για να διεγείρει τον αισθητήρα, ένα κύκλωμα μέτρησης αντίστασης υψηλής ακρίβειας για την ανίχνευση της αλλαγής της αντίστασης με τη θερμοκρασία, και μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) για τη μετατροπή της μετρούμενης τάσης σε ψηφιακό σήμα που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία από μικροελεγκτή ή σύστημα λήψης δεδομένων; η βασική διαφορά μεταξύ ενός κυκλώματος PT100 και PT1000 είναι η κλίμακα των τιμών αντίστασης λόγω του ότι το Pt100 έχει ονομαστική αντίσταση 100 ohms στους 0°C ενώ ένα Pt1000 έχει 1000 ohms στους 0°C, συχνά απαιτούν προσαρμογές στο κύκλωμα μέτρησης ανάλογα με την επιθυμητή ακρίβεια και εφαρμογή.
Το άρθρο εισάγει την αλλαγή αντίστασης των αισθητήρων μεταλλικών θερμικών αντιστάσεων PT100 και PT1000 σε διαφορετικές θερμοκρασίες, καθώς και μια ποικιλία λύσεων κυκλώματος απόκτησης θερμοκρασίας. Συμπεριλαμβανομένης της διαίρεσης τάσης αντίστασης, μέτρηση γέφυρας, πηγή σταθερού ρεύματος και AD623, Κύκλωμα απόκτησης AD620. Για να αντισταθεί στις παρεμβολές, ιδιαίτερα ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές στο αεροδιαστημικό πεδίο, προτείνεται ένας αερομεταφερόμενος σχεδιασμός κυκλώματος απόκτησης αισθητήρα θερμοκρασίας PT1000, συμπεριλαμβανομένου ενός φίλτρου τύπου Τ για φιλτράρισμα και βελτίωση της ακρίβειας μέτρησης.
Περίληψη που δημιουργείται από το CSDN μέσω έξυπνης τεχνολογίας
Λύση κυκλώματος απόκτησης θερμοκρασίας PT100/PT1000
1. Πίνακας αλλαγής αντίστασης θερμοκρασίας αισθητήρων PT100 και PT1000
Μεταλλικές θερμικές αντιστάσεις όπως το νικέλιο, οι αντιστάσεις χαλκού και πλατίνας έχουν θετική συσχέτιση με την αλλαγή της θερμοκρασίας. 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:
Σύμφωνα με τη χαρακτηριστική καμπύλη θερμοκρασίας Pt1000, η κλίση της χαρακτηριστικής καμπύλης αντίστασης αλλάζει ελαφρώς εντός του κανονικού εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1). Η κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας μπορεί να ληφθεί μέσω γραμμικής προσαρμογής:
2. Συχνά χρησιμοποιούμενες λύσεις κυκλωμάτων απόκτησης
2. 1 Έξοδος διαιρέτη τάσης αντίστασης 0~3,3V/3V αναλογική τάση μονής θύρας AD απευθείας απόκτηση
Το εύρος τάσης εξόδου του κυκλώματος μέτρησης θερμοκρασίας είναι 0~3,3V, PT1000 (Η τιμή αντίστασης PT1000 αλλάζει πολύ, και η ευαισθησία μέτρησης θερμοκρασίας είναι υψηλότερη από PT100; Το PT100 είναι πιο κατάλληλο για μέτρηση θερμοκρασίας μεγάλης κλίμακας).
Ο απλούστερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο διαίρεσης τάσης. Η τάση παράγεται από το τσιπ πηγής αναφοράς τάσης TL431, που είναι πηγή αναφοράς τάσης 4V. Εναλλακτικά, 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 του μικροελεγκτή, δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3V/3,3V.
2.2 Έξοδος διαίρεσης τάσης αντίστασης 0~5V αναλογική τάση, και η θύρα AD του μικροελεγκτή το συλλέγει απευθείας.
Φυσικά, ορισμένα κυκλώματα τροφοδοτούνται από μικροελεγκτή 5V, και το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας του PT1000 είναι 0,5 mA, Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιείται μια κατάλληλη τιμή αντίστασης για να διασφαλιστεί η κανονική λειτουργία του εξαρτήματος.
Για παράδειγμα, το 3,3V στο σχηματικό διάγραμμα διαίρεσης τάσης παραπάνω αντικαθίσταται από 5V. Το πλεονέκτημα αυτού είναι ότι η διαίρεση τάσης 5V είναι πιο ευαίσθητη από την τάση 3,3V, και η συλλογή είναι πιο ακριβής. Θυμάμαι, η θεωρητικά υπολογισμένη τάση εξόδου δεν μπορεί να υπερβαίνει τα +5V. Αλλιώς, ο μικροελεγκτής θα καταστραφεί.
2.3 Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέτρηση γέφυρας
Χρησιμοποιήστε το R11, R12, R13 και Pt1000 για να σχηματίσουν μια γέφυρα μέτρησης, όπου R11=R13=10k, R12=1000R αντίσταση ακριβείας. Όταν η τιμή αντίστασης του Pt1000 δεν είναι ίση με την τιμή αντίστασης του R12, η γέφυρα θα εξάγει ένα σήμα διαφοράς τάσης στάθμης mV. Αυτό το σήμα διαφοράς τάσης ενισχύεται από το κύκλωμα ενισχυτή του οργάνου και εξάγει το επιθυμητό σήμα τάσης, που μπορεί να συνδεθεί απευθείας στο τσιπ μετατροπής AD ή στη θύρα AD του μικροελεγκτή.
Η αρχή της μέτρησης της αντίστασης αυτού του κυκλώματος:
1) Το PT1000 είναι ένα θερμίστορ, και η αντίστασή του αλλάζει βασικά γραμμικά με την αλλαγή της θερμοκρασίας.
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 του διαιρέτη τάσης, μπορούμε να βρούμε Uba = Ub – Κάνω > 0.
4) Ο OP07 είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής, και ο συντελεστής ενίσχυσης 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 του διαιρέτη 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 σύμφωνα με την τιμή αντίστασης για να γνωρίζουμε την τρέχουσα θερμοκρασία.
2.4 Πηγή σταθερού ρεύματος
Λόγω της αυτοθερμαντικής επίδρασης της θερμικής αντίστασης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το ρεύμα που ρέει μέσω της αντίστασης είναι όσο το δυνατόν μικρότερο, και γενικά το ρεύμα αναμένεται να είναι μικρότερο από 10mA. Έχει επαληθευτεί ότι η αυτοθέρμανση της αντίστασης πλατίνας PT100 του 1 mW θα προκαλέσει αλλαγή θερμοκρασίας 0.02 έως 0,75℃, Έτσι, 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, άρα γενικά λαμβάνεται στο 0.5 να 2 α, οπότε το ρεύμα πηγής σταθερού ρεύματος επιλέγεται ως πηγή σταθερού ρεύματος 1 mA.
Το τσιπ που επιλέχθηκε είναι το τσιπ πηγής σταθερής τάσης TL431, και στη συνέχεια η τρέχουσα αρνητική ανάδραση χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της σε πηγή σταθερού ρεύματος. Το κύκλωμα φαίνεται στο σχήμα:
Ο λειτουργικός ενισχυτής CA3140 χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της χωρητικότητας φορτίου της πηγής ρεύματος, και ο τύπος υπολογισμού για το ρεύμα εξόδου είναι:
Εισαγάγετε την περιγραφή της εικόνας εδώ 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:
Σταθερότητα θερμοκρασίας: Δεδομένου ότι το περιβάλλον μέτρησης θερμοκρασίας μας είναι 0-100℃, η έξοδος της πηγής ρεύματος δεν πρέπει να είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία. Και 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. Επειδή η τάση εισόδου κυμαίνεται μεταξύ 100-138,5 mV, 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 μεταβολή του 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
Η αρχή μπορεί να αναφέρεται στην παραπάνω αρχή μέτρησης της γέφυρας.
Απόκτηση χαμηλής θερμοκρασίας:
Απόκτηση υψηλής θερμοκρασίας
Εισαγάγετε την περιγραφή της εικόνας εδώ
4. Λύση κυκλώματος απόκτησης AD620
Λύση απόκτησης AD620 PT100 για υψηλή θερμοκρασία (150°):
Λύση απόκτησης AD620 PT100 για χαμηλή θερμοκρασία (-40°):
Λύση απόκτησης AD620 PT100 για θερμοκρασία δωματίου (20°):
5. Ανάλυση φιλτραρίσματος κατά των παρεμβολών αισθητήρων 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, διαταραχές υψηλής συχνότητας που προκαλούνται από τον έλεγχο του κινητήρα και την υψηλή ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα.
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 σφάλμα μετατόπισης εξόδου DC αφού διορθωθεί από τον ενισχυτή οργάνου, 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.
Ένα φίλτρο έχει ρυθμιστεί στο πιο εξωτερικό άκρο του κυκλώματος λήψης. Το κύκλωμα προεπεξεργασίας απόκτησης PT1000 είναι κατάλληλο για προεπεξεργασία κατά των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών αερομεταφερόμενων διασυνδέσεων ηλεκτρονικού εξοπλισμού; το συγκεκριμένο κύκλωμα είναι:
Η τάση εισόδου +15V μετατρέπεται σε πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V μέσω ενός ρυθμιστή τάσης. Η πηγή τάσης υψηλής ακρίβειας +5V συνδέεται απευθείας με την αντίσταση R1, και το άλλο άκρο της αντίστασης R1 χωρίζεται σε δύο διαδρομές. Το ένα συνδέεται στο άκρο εισόδου εντός φάσης του ενισχυτή λειτουργίας, και το άλλο συνδέεται με το άκρο Α της αντίστασης 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 εντός φάσης είναι πάντα μηδενική. Αφού περάσετε από το φίλτρο S2, το ένα άκρο Α της αντίστασης PT1000 χωρίζεται σε δύο διαδρομές, μία μέσω της αντίστασης R4 ως είσοδος 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 είσοδος διαφορικής τάσης 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. 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, ένα συνδεδεμένο στην είσοδο φάσης του ενισχυτή λειτουργίας, και το άλλο συνδέεται στο άκρο Α της αντίστασης PT1000 μέσω του φίλτρου τύπου T 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. Το φίλτρο RFI ολοκληρώνει το χαμηλοπερατό φιλτράρισμα του σήματος εισόδου, και τα αντικείμενα που φιλτράρονται 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 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.
5.2 Φίλτρο τύπου Τ
Εισαγάγετε την περιγραφή της εικόνας εδώ
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.
English
Afrikaans
العربية
বাংলা
bosanski jezik
Български
Català
粤语
中文(简体)
中文(漢字)
Hrvatski
Čeština
Nederlands
Eesti keel
Suomi
Français
Deutsch
Ελληνικά
हिन्दी; हिंदी
Magyar
Bahasa Indonesia
Italiano
日本語
한국어
Latviešu valoda
Lietuvių kalba
македонски јазик
Bahasa Melayu
Norsk
پارسی
Polski
Português
Română
Русский
Cрпски језик
Slovenčina
Slovenščina
Español
Svenska
ภาษาไทย
Türkçe
Українська
اردو
Tiếng Việt
















