Resistencias y circuitos de sondas de sensor de resistencia térmica metálica PT100 y PT1000

Un circuito de adquisición de temperatura para una sonda del sensor PT100 o PT1000 generalmente consiste en una fuente de corriente estable para excitar el sensor, Un circuito de medición de resistencia de alta precisión para detectar el cambio en la resistencia con la temperatura, y un convertidor analógico a digital (ADC) Para convertir el voltaje medido en una señal digital que puede procesarse mediante un microcontrolador o sistema de adquisición de datos; La diferencia clave entre un circuito PT100 y PT1000 es la escala de valores de resistencia debido a que el PT100 tiene una resistencia nominal de 100 ohmios a 0 ° C mientras que un PT1000 tiene 1000 ohmios a 0°C, a menudo requiere ajustes en el circuito de medición dependiendo de la precisión y aplicación deseadas.

El artículo presenta el cambio de resistencia de las sondas del sensor de resistencia térmica de metal PT100 y PT1000 a diferentes temperaturas, así como una variedad de soluciones de circuito de adquisición de temperatura. Incluyendo división de voltaje de resistencia, medición del puente, Fuente de corriente constante y AD623, Circuito de adquisición AD620. Para resistir la interferencia, especialmente interferencia electromagnética en el campo aeroespacial, Se propone un diseño de circuito de adquisición de sensor de temperatura PT1000 en el aire, incluyendo un filtro de tipo T para filtrar y mejorar la precisión de la medición.
Resumen generado por CSDN a través de tecnología inteligente

Sensor de cable de temperatura PT100 para medición precisa de temperatura en contenedores, tanques y tuberías

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

Sensor de temperatura de resistencia del platino PT100 para la temperatura de la superficie del transmisor

Solución de circuito de adquisición de temperatura PT100/PT1000
1. Tabla de cambio de resistencia a la temperatura de los sensores PT100 y PT1000
Resistencias térmicas metálicas como el níquel., Las resistencias de cobre y platino tienen una correlación positiva con el cambio de temperatura. El platino tiene las propiedades físicas y químicas más estables y es el más utilizado.. El rango de medición de temperatura de las sondas de sensor Pt100 de resistencia de platino comúnmente utilizadas es -200～850℃, y los rangos de medición de temperatura del Pt500, Sondas de sensor Pt1000, etc.. se reducen sucesivamente. Pt1000, El rango de medición de temperatura es -200 ~ 420 ℃. Según el estándar internacional IEC751, las características de temperatura de la resistencia de platino Pt1000 cumplen los siguientes requisitos:

Curva característica de temperatura Pt1000

Según la curva característica de temperatura Pt1000, La pendiente de la curva característica de resistencia cambia ligeramente dentro del rango de temperatura de funcionamiento normal (como se muestra en la figura 1). La relación aproximada entre resistencia y temperatura se puede obtener a través del ajuste lineal:

Tabla de cambio de resistencia de temperatura PT100 1

2. Soluciones de circuitos de adquisición de uso común

2. 1 Salida del divisor de voltaje de resistencia 0 ~ 3.3V/3V Voltaje analógico ADP AD Port Adquisición directa
El rango de salida de voltaje del circuito de medición de temperatura es de 0 ~ 3,3 V., PT1000 (El valor de resistencia PT1000 cambia mucho, y la sensibilidad a la medición de la temperatura es mayor que PT100; PT100 es más adecuado para mediciones de temperatura a gran escala).

La forma más sencilla es utilizar el método de división de voltaje.. El voltaje es generado por el chip de origen de referencia de voltaje TL431, que es una fuente de referencia de voltaje de 4 V. Alternativamente, Ref3140 se puede usar para generar 4.096V como fuente de referencia. Los chips de origen de referencia también incluyen Ref3120, 3125, 3130, 3133, y 3140. El chip usa un paquete SOT-32 y un voltaje de entrada de 5V. El voltaje de salida se puede seleccionar de acuerdo con el voltaje de referencia requerido.. Por supuesto, De acuerdo con el rango de entrada de voltaje normal del puerto AD del microcontrolador, no puede exceder 3V/3.3V.

Adquisición directa de circuito de puerto de anuncio de chip de un solo chip PT100

2.2 Salida de división de voltaje de resistencia 0 ~ 5V Voltaje analógico, y el puerto publicitario del microcontrolador lo recoge directamente.
Por supuesto, Algunos circuitos funcionan con un microcontrolador de 5V, y la corriente de operación máxima del PT1000 es de 0.5 mA, Por lo tanto, se debe utilizar un valor de resistencia apropiado para garantizar el funcionamiento normal del componente.
Por ejemplo, El diagrama esquemático de 3.3V en el voltaje de la división de la división de voltaje se reemplaza por 5V. La ventaja de esto es que la división de voltaje de 5 V es más sensible que el voltaje de 3.3V, y la colección es más precisa. Recordar, el voltaje de salida teórico calculado no puede exceder +5V. De lo contrario, el microcontrolador estará dañado.

2.3 La medida de puente más utilizada.

El circuito de divisor de voltaje de PT100 sale de voltaje analógico de 0 ~ 5V

Use R11, R12, R13 y PT1000 para formar un puente de medición, donde R11=R13=10k, R12 = 1000R Resistencia de precisión. Cuando el valor de resistencia de Pt1000 no es igual al valor de resistencia de R12, El puente emitirá una señal de diferencia de voltaje de nivel MV. Esta señal de diferencia de voltaje es amplificada por el circuito amplificador del instrumento y genera la señal de voltaje deseada., que se puede conectar directamente al chip de conversión de AD o al puerto AD del microcontrolador.

El principio de medición de resistencia de este circuito.:

1) PT1000 es un termistor, y su resistencia cambia básicamente linealmente con el cambio de temperatura.

2) En 0 grados, la resistencia del PT1000 es 1kΩ, entonces Ub y Ua son iguales, eso es, Uba = Ub – hacer = 0.
3) Suponiendo que a una determinada temperatura, la resistencia del PT1000 es 1,5kΩ, entonces Ub y Ua no son iguales. De acuerdo con el principio de divisor de voltaje, Podemos encontrar UBA = UB – Hacer > 0.
4) OP07 es un amplificador operacional, y su factor de amplificación de voltaje A depende del circuito externo, donde A = R2/R1 = 17.5.
5) El voltaje de salida Uo de OP07 = Uba * A. Entonces, si usamos un voltímetro para medir el voltaje de salida del OP07, podemos inferir el valor de Uab. Dado que Ua es un valor conocido, podemos calcular además el valor de Ub. Entonces, Usando el principio de divisor de voltaje, Podemos calcular el valor de resistencia específica de PT1000.. Este proceso se puede lograr mediante el cálculo del software..
6) Si conocemos el valor de resistencia de PT1000 a cualquier temperatura, Solo necesitamos buscar la tabla de acuerdo con el valor de resistencia para conocer la temperatura actual..

2.4 Fuente de corriente constante
Debido al efecto de autocalentamiento de la resistencia térmica., Es necesario asegurarse de que la corriente que fluya a través de la resistencia sea lo más pequeña posible, y en general se espera que la corriente sea inferior a 10 mA. Se ha comprobado que el autocalentamiento de la resistencia de platino PT100 de 1 MW causará un cambio de temperatura de 0.02 a 0.75 ℃, Por lo tanto, reducir la corriente de la resistencia de platino PT100 también puede reducir su cambio de temperatura. Sin embargo, si la corriente es demasiado pequeña, es susceptible a la interferencia de ruido, Entonces generalmente se toma en 0.5 a 2 mamá, por lo que la fuente de corriente constante se selecciona como una fuente de corriente constante de 1 mA.

El chip seleccionado es el chip de fuente de voltaje constante TL431, y luego la retroalimentación negativa actual se usa para convertirla en una fuente de corriente constante. El circuito se muestra en la figura.:

Fuente de corriente constante de resistencia PT100 Circuito Squema de adquisición

El amplificador operacional CA3140 se utiliza para mejorar la capacidad de carga de la fuente actual, y la fórmula de cálculo para la corriente de salida es:
Insertar la descripción de la imagen aquí la resistencia debe ser un 0.1% resistencia de precisión. La corriente de salida final es 0.996mA, eso es, la precisión es 0.4%.
El circuito fuente de corriente constante debe tener las siguientes características:
Estabilidad de temperatura: Dado que nuestro entorno de medición de temperatura es de 0-100 ℃, La salida de la fuente de corriente no debe ser sensible a la temperatura.. Y TL431 tiene un coeficiente de temperatura extremadamente bajo y una deriva de baja temperatura.

Buena regulación de carga: Si la onda actual es demasiado grande, causará errores de lectura. Según el análisis teórico.. Dado que el voltaje de entrada varía entre 100-138.5mv, y el rango de medición de temperatura es 0-100 ℃, la precisión de la medición de temperatura es ±1 grado Celsius, por lo que el voltaje de salida debe cambiar en 38,5/100 = 0,385 mV por cada aumento de 1 ℃ en la temperatura ambiente. Para garantizar que la fluctuación actual no afecte la precisión, considere el caso más extremo, en 100 grados Celsius, el valor de resistencia de PT100 debe ser 138.5R. Entonces la ondulación actual debería ser inferior a 0,385/138,5 = 0,000278 mA., eso es, El cambio en la corriente durante el cambio de carga debe ser inferior a 0.000278 mA. En la simulación real, la fuente actual permanece básicamente sin cambios.

3. Solución de circuito de adquisición AD623
El principio puede referirse al principio de medición del puente anterior..
Adquisición de baja temperatura:

AD620 mide la solución de adquisición PT100 a alta temperatura (150°)

Adquisición de alta temperatura
Insertar la descripción de la imagen aquí

4. Solución de circuito de adquisición AD620
Solución de adquisición AD620 PT100 para alta temperatura (150°):

AD620 mide la solución de adquisición PT100 a baja temperatura (-40°)

Solución de adquisición AD620 PT100 para baja temperatura (-40°):

AD620 Mide el esquema de adquisición PT100 a temperatura ambiente (20°)

Solución de adquisición AD620 PT100 para temperatura ambiente (20°):

Circuito de adquisición de alta temperatura del sensor PT100

5. Análisis de filtrado anti-interferencia de sensores PT100 y PT1000
Adquisición de temperatura en algún complejo., Los entornos hostiles o especiales estarán sujetos a una gran interferencia., incluyendo principalmente EMI y REI. Por ejemplo, en la aplicación de la adquisición de temperatura del motor, perturbaciones de alta frecuencia causadas por el control del motor y la rotación de alta velocidad del motor.

También existe una gran cantidad de escenarios de control de temperatura dentro de vehículos de aviación y aeroespaciales., que miden y controlan el sistema de energía y el sistema de control ambiental.. El núcleo del control de temperatura es la medición de la temperatura.. Dado que la resistencia del termistor puede cambiar linealmente con la temperatura, El uso de resistencia de platino para medir la temperatura es un método eficaz de medición de temperatura de alta precisión.. Los principales problemas son los siguientes.:
1. La resistencia en el cable se introduce fácilmente, afectando así la precisión de la medición del sensor;
2. En ciertos entornos de interferencia electromagnética fuertes, La interferencia puede convertirse en un error de desplazamiento de salida de CC después de ser rectificado por el amplificador del instrumento, afectando la precisión de la medición.

5.1 Circuito de adquisición PT1000 aeroespacial
Consulte el diseño de un circuito de adquisición PT1000 aerotransportado para detectar interferencias antielectromagnéticas en una determinada aviación..

Esquema de circuito de adquisición AD623 para el sensor PT100

Se coloca un filtro en el extremo más externo del circuito de adquisición.. El circuito de preprocesamiento de adquisición de PT1000 es adecuado para el preprocesamiento de interferencia anti-electromagnética de interfaces de equipos electrónicos en el aire; El circuito específico es:
El voltaje de entrada de +15 V se convierte en una fuente de voltaje de alta precisión de +5 V a través de un regulador de voltaje.. La fuente de voltaje de alta precisión de +5V está conectada directamente a la resistencia R1, y el otro extremo de la resistencia R1 se divide en dos caminos. Uno está conectado al extremo de entrada en fase del amplificador OP, y el otro está conectado a la resistencia PT1000 un extremo a través del filtro de tipo T S1. La salida del amplificador operacional está conectada a la entrada inversora para formar un seguidor de voltaje., y la entrada inversora está conectada al puerto de tierra del regulador de voltaje para garantizar que el voltaje en la entrada en fase sea siempre cero. Después de pasar por el filtro S2, un extremo A de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R4 como la entrada de voltaje diferencial D, y uno a través de la resistencia R2 a AGND. Después de pasar por el filtro S3, el otro extremo B de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R5 como la entrada de voltaje diferencial e, y uno a través de la resistencia R3 a AGND. D y E están conectados a través del condensador C3., D está conectado a AGND a través del condensador C1, y E está conectado a AGND a través del condensador C2. El valor de resistencia preciso de PT1000 se puede calcular midiendo el voltaje diferencial a través de D y E.

El voltaje de entrada de +15 V se convierte en una fuente de voltaje de alta precisión de +5 V a través de un regulador de voltaje.. El +5V está conectado directamente a R1. El otro extremo de R1 se divide en dos caminos., uno conectado a la entrada en fase del amplificador operacional, y el otro conectado al extremo de la resistencia PT1000 a través del filtro de tipo T S1. La salida del amplificador operacional está conectada a la entrada inversora para formar un seguidor de voltaje., y la entrada inversora está conectada al puerto de tierra del regulador de voltaje para garantizar que el voltaje en la entrada inversora sea siempre cero. En este momento, la corriente que fluye a través de R1 es una constante de 0,5 mA. El regulador de voltaje utiliza AD586TQ/883B, y el amplificador operacional usa OP467A.

Después de pasar por el filtro S2, un extremo A de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R4 como extremo de entrada de voltaje diferencial D, y uno a través de la resistencia R2 a AGND. Después de pasar por el filtro S3, el otro extremo B de la resistencia PT1000 se divide en dos caminos, uno a través de la resistencia R5 como el extremo de entrada de voltaje diferencial E, y uno a través de la resistencia R3 a AGND. D y E están conectados a través del condensador C3., D está conectado a AGND a través del condensador C1, y E está conectado a AGND a través del condensador C2.
La resistencia de R4 y R5 es de 4,02 k ohmios., la resistencia de R1 y R2 es de 1M ohmios, la capacitancia de C1 y C2 es 1000pF, y la capacitancia de C3 es 0.047uF. R4, R5, C1, C2, y C3 juntos forman una red de filtro RFI. El filtro RFI completa el filtrado de paso bajo de la señal de entrada, y los objetos filtrados incluyen la interferencia del modo diferencial y la interferencia de modo común transportada en la señal diferencial de entrada. El cálculo de la frecuencia de corte de -3 dB de la interferencia en modo común y la interferencia en modo diferencial transportada en la señal de entrada se muestra en la fórmula:

Circuito de adquisición PT1000 aeroespacial

Sustituir el valor de resistencia en el cálculo., la frecuencia de corte del modo común es 40kHZ, y la frecuencia de corte del modo diferencial es 2,6 KHZ.
El punto final B está conectado a AGND a través del filtro S4. Entre ellos, Los terminales de tierra del filtro de S1 a S4 están todos conectados a la tierra de blindaje de la aeronave.. Dado que la corriente que fluye a través del PT1000 es de 0,05 mA, El valor de resistencia preciso de PT1000 se puede calcular midiendo el voltaje diferencial en ambos extremos de D y E..
S1 a S4 utilizan filtros tipo T, modelo GTL2012X‑103T801, con una frecuencia de corte de M ± 20%. Este circuito introduce filtros de paso bajo en las líneas de interfaz externa y realiza filtrado RFI en el voltaje diferencial.. Como circuito de preprocesamiento para PT1000, Elimina eficazmente las interferencias de radiación electromagnética y RFI., lo que mejora enormemente la confiabilidad de los valores recopilados. Además, El voltaje se mide directamente desde ambos extremos de la resistencia PT1000., eliminando el error causado por la resistencia del cable y mejorando la precisión del valor de resistencia.

3-CLASE CLASE B Alto control de temperatura industrial PT100 Sensor de temperatura de resistencia térmica de platino

Termocouple de resorte de compresión de tipo k-e, sonda del sensor de temperatura PT100

Sensor de temperatura PT100 de alta precisión para la medición de la temperatura del transformador

5.2 filtro tipo T
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El filtro tipo T consta de dos inductores y condensadores.. Ambos extremos tienen alta impedancia., y su rendimiento de pérdida de inserción es similar al del filtro tipo π, pero no es propenso a “El sonar” y se puede utilizar en circuitos de conmutación.