PT100/PT1000 temperatuuri mõõtmise ahela lahendus

1. Temperatuurikindluse muutmistabel PT100 ja PT1000
Metallist termotakistid nagu nikkel, vask- ja plaatinatakistitel on positiivne korrelatsioon takistuse muutumisega temperatuuriga. Plaatinal on kõige stabiilsemad füüsikalised ja keemilised omadused ning seda kasutatakse kõige laialdasemalt. Tavaliselt kasutatava plaatinatakisti Pt100 temperatuuri mõõtmise vahemik on -200～850 ℃. Lisaks, temperatuuri mõõtmise vahemikud Pt500, 1000 Pt, jne. vähendatakse järjest. 1000 Pt, temperatuuri mõõtmise vahemik -200～420 ℃. Vastavalt rahvusvahelisele standardile IEC751, plaatinatakisti Pt1000 temperatuurinäitajad vastavad järgmistele nõuetele:

Pt1000 temperatuuri tunnuskõver

Pt1000 temperatuuri tunnuskõvera järgi, takistuse tunnuskõvera kalle muutub normaalses töötemperatuuri vahemikus vähe (nagu on näidatud joonisel 1). Läbi lineaarse paigalduse, takistuse ja temperatuuri ligikaudne seos on:

1.1 PT100 temperatuurikindluse muutmistabel

PT100 temperatuurikindluse muutmistabel

1.2 PT1000 temperatuurikindluse muutmistabel

PT1000 temperatuuritaluvusmuutuste tabel

2. Enamasti kasutatavad hankimisahela lahendused

2.1 Takisti pingejaotuse väljund 0~3,3V/3V analoogpinge

Ühe kiibi AD-pordi otsene omandamine
Temperatuuri mõõtmise ahela pinge väljundvahemik on 0 ~ 3,3 V, PT1000 (PT1000 takistuse väärtus muutub oluliselt, temperatuuri mõõtmise tundlikkus on kõrgem kui PT100; PT100 sobib rohkem suuremahuliseks temperatuuri mõõtmiseks).

Takisti pingejaguri väljundid 0~3,3V 3V analoogpinge

Lihtsaim viis on kasutada pingejaotuse meetodit. Pinge on TL431 pinge etalonallika kiibi genereeritud pinge etalonallikas 4V, või REF3140 saab kasutada 4,096 V genereerimiseks võrdlusallikana. Võrdlusallika kiibid sisaldavad ka REF3120, 3125, 3130, 3133, ja 3140. Kiip kasutab SOT-32 paketti ja 5V sisendpinget. Väljundpinget saab valida vastavalt nõutavale võrdluspingele. Muidugi, vastavalt MCU AD pordi normaalsele pinge sisendvahemikule, see ei tohi ületada 3V/3,3V.

2.2 Takisti pinge jagamise väljund 0 ~ 5 V analoogpinge MCU AD pordi otsene hankimine.
Muidugi, mõned ahelad kasutavad 5 V MCU toiteallikat, ja PT1000 maksimaalne töövool on 0,5 mA, seega tuleks komponentide normaalse töö tagamiseks kasutada sobivat takistuse väärtust.
Näiteks, ülaltoodud pingejaotuse skeemi 3,3 V asendatakse 5 V-ga. Selle eeliseks on see, et 5V pingejaotus on tundlikum kui 3,3V, ja omandamine on täpsem. Pea meeles, teoreetiline arvestuslik väljundpinge ei tohi ületada +5V. Muidu, see kahjustab MCU-d.

2.3 Kõige sagedamini kasutatav sillamõõtmine
R11, R12, Mõõtesilla moodustamiseks kasutatakse R13 ja Pt1000, kus R11=R13=10k, R12=1000R täppistakistid. Kui Pt1000 takistuse väärtus ei ole võrdne takistuse väärtusega R12, sild väljastab mV-tasemel pinge erinevuse signaali. Seda pinge erinevuse signaali võimendab instrumendi võimendi ahel ja see väljastab soovitud pingesignaali. Selle signaali saab otse ühendada AD konversioonikiibi või mikrokontrolleri AD pordiga.

R11, R12, Mõõtesilla moodustamiseks kasutatakse R13 ja Pt1000

Selle vooluahela takistuse mõõtmise põhimõte:
1) PT1000 on termistor. Kui temperatuur muutub, takistus muutub põhimõtteliselt lineaarselt.
2) Kell 0 kraadid, PT1000 takistus on 1kΩ, siis Ub ja Ua on võrdsed, see tähendab, Uba = Ub – Tee = 0.
3) Eeldusel, et teatud temperatuuril, PT1000 takistus on 1,5 kΩ, siis Ub ja Ua ei ole võrdsed. Pingejaotuse põhimõtte järgi, saame teada, et Uba = Ub – Tee > 0.
4) OP07 on operatsioonivõimendi, ja selle pingevõimendus A sõltub välisest vooluringist, kus A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07 väljundpinge Uo = Uba * A. Nii et kui kasutame OP07 väljundpinge mõõtmiseks voltmeetrit, saame järeldada Uabi väärtust. Kuna Ua on teadaolev väärtus, saame edasi arvutada Ub väärtuse. Siis, kasutades pinge jagamise põhimõtet, saame arvutada PT1000 eritakistuse väärtuse. Seda protsessi saab saavutada tarkvara arvutamise abil.
6) Kui me teame PT1000 takistuse väärtust mis tahes temperatuuril, Praeguse temperatuuri teadasaamiseks peame tabelit üles otsima ainult takistuse väärtuse põhjal.

2.4 Püsivooluallikas
Tänu soojustakisti isekuumenevale toimele, takistit läbiv vool peaks olema võimalikult väike. Üldiselt, vool peaks olema väiksem kui 10mA. On tõestatud, et plaatinatakisti PT100 isekuumenemine 1 mW põhjustab temperatuurimuutuse 0,02-0,75 ℃. Seetõttu, plaatinatakisti PT100 voolu vähendamine võib vähendada ka selle temperatuuri muutust. Siiski, kui vool on liiga väike, see on vastuvõtlik mürahäiretele, nii et väärtus on üldiselt 0.5-2 mA, seega valitakse konstantse vooluallika vool 1 mA konstantse vooluallikaks.

Kiip on valitud konstantse pingeallika kiibiks TL431, ja seejärel teisendatakse voolu negatiivse tagasiside abil konstantseks vooluallikaks. Ahel on näidatud joonisel

Nende hulgas, operatsioonivõimendit CA3140 kasutatakse vooluallika kandevõime parandamiseks, ja väljundvoolu arvutusvalem on:

Takisti peaks olema a 0.1% täppistakisti. Lõplik väljundvool on 0,996 mA, see tähendab, täpsus on 0.4%.

Püsivooluallika vooluahelal peaksid olema järgmised omadused

Valige konstantse pinge allika kiip TL431

Temperatuuri stabiilsus: Kuna meie temperatuuri mõõtmise keskkond on 0-100 ℃, vooluallika väljund ei tohiks olla temperatuuritundlik. TL431-l on äärmiselt madal temperatuuritegur ja madal temperatuuri triiv.

Hea koormuse reguleerimine: Kui praegune pulsatsioon on liiga suur, see põhjustab lugemisvigu. Teoreetilise analüüsi järgi, kuna sisendpinge varieerub vahemikus 100-138,5mV, ja temperatuuri mõõtmise vahemik on 0-100 ℃, temperatuuri mõõtmise täpsus on ±1 kraadi Celsiuse järgi, seega peaks väljundpinge muutuma 38,5/100 = 0,385 mV iga 1 ℃ ümbritseva õhutemperatuuri tõusu korral. Tagamaks, et voolu kõikumine ei mõjutaks täpsust, kaaluge kõige äärmuslikumat juhtumit, juures 100 kraadi Celsiuse järgi, PT100 takistuse väärtus peaks olema 138,5R. Siis peaks voolu pulsatsioon olema väiksem kui 0,385/138,5=0,000278mA, see tähendab, voolu muutus koormuse muutmise ajal peaks olema väiksem kui 0,000278mA. Tegelikus simulatsioonis, praegune allikas jääb põhimõtteliselt muutumatuks.
3. AD623 hankimisahela lahendus

AD623 hankimise PT1000 vooluringi lahendus

Põhimõte võib viidata ülaltoodud silla mõõtmise põhimõttele.
Madala temperatuuri omandamine:

Kõrge temperatuuri omandamine

4. AD620 hankimisahela lahendus

AD620 PT100 omandamise lahendus

AD620 PT100 kogumislahus kõrgel temperatuuril (150°):

AD620 PT100 kogumislahus madal temperatuur (-40°):

AD620 PT100 kogumislahus toatemperatuuril (20°):

5. PT100 ja PT1000 häiretevastane filtreerimisanalüüs

Temperatuuri omandamine mõnes kompleksis, karmid või erilised keskkonnad võivad olla tugevate häirete all, peamiselt EMI ja REI.

Näiteks, mootori temperatuuri mõõtmise rakendamisel, mootori juhtimine ja mootori kiire pöörlemine põhjustavad kõrgsageduslikke häireid.

Lennu- ja kosmosesõidukites on ka suur hulk temperatuuri reguleerimise stsenaariume, mis mõõdavad ja juhivad elektrisüsteemi ja keskkonnajuhtimissüsteemi. Temperatuuri reguleerimise tuum on temperatuuri mõõtmine. Kuna termistori takistus võib muutuda lineaarselt temperatuuriga, plaatina takistuse kasutamine temperatuuri mõõtmiseks on tõhus ülitäpse temperatuuri mõõtmise meetod. Peamised probleemid on järgmised:
1. Juhtjuhtme takistus on kergesti sisestatav, mõjutades seega anduri mõõtmistäpsust;
2. Mõnes tugevas elektromagnetilises häirekeskkonnas, häired võib pärast instrumentivõimendi alaldamist muuta alalisvooluks
Nihke viga, mõjutab mõõtmise täpsust.
5.1 Õhusõiduki PT1000 hankimisahel

Õhusõiduki PT1000 hankimisahel

Teatud lennunduses esinevate antielektromagnetiliste häirete tuvastamiseks vaadake õhus oleva PT1000 andmeahela konstruktsiooni.

Filter on seatud kogumisahela kõige välimisse otsa. PT1000 omandamise eeltöötlusahel sobib õhus olevate elektroonikaseadmete liidese elektromagnetiliste häiretevastaseks eeltöötluseks;
Konkreetne ahel on:
+15 V sisendpinge muudetakse pingeregulaatori kaudu +5 V ülitäpseks pingeallikaks, ja +5V ülitäpne pingeallikas on otse ühendatud takistiga R1.
Takisti R1 teine ​​ots on jagatud kaheks teeks, üks, mis on ühendatud opvõimendi ühefaasilise sisendiga, ja teine ​​on ühendatud PT1000 takisti A otsaga läbi T-tüüpi filtri S1. Operatsioonivõimendi väljund on ühendatud inverteeriva sisendiga, et moodustada pinge järgija, ja inverteeriv sisend on ühendatud pingeregulaatori maanduspordiga tagamaks, et faasisisendi pinge on alati null. Pärast S2 filtri läbimist, PT1000 takisti üks ots A on jagatud kaheks teeks, ühte teed kasutatakse diferentsiaalpinge sisendklemmina D läbi takisti R4, ja teine ​​tee on takisti R2 kaudu ühendatud AGND-ga. Pärast S3 filtri läbimist, PT1000 takisti teine ​​ots B on jagatud kaheks teeks, ühte teed kasutatakse diferentsiaalpinge sisendklemmina E läbi takisti R5, ja teine ​​tee on takisti R3 kaudu ühendatud AGND-ga. D ja E on ühendatud läbi kondensaatori C3, D on kondensaatori C1 kaudu ühendatud AGND-ga, ja E on kondensaatori C2 kaudu ühendatud AGND-ga; PT1000 täpse takistuse väärtuse saab arvutada, mõõtes diferentsiaalpinget D ja E vahel.

+15 V sisendpinge muudetakse pingeregulaatori kaudu +5 V ülitäpseks pingeallikaks. +5V on otse ühendatud R1-ga. R1 teine ​​ots on jagatud kaheks teeks, üks on ühendatud operatsioonivõimendi ühefaasilise sisendklemmiga, ja teine ​​on ühendatud PT1000 takistiga A läbi T-tüüpi filtri S1. Operatsioonivõimendi väljund on ühendatud inverteeriva sisendiga, et moodustada pinge järgija, ja inverteeriv sisend on ühendatud pingeregulaatori maanduspordiga tagamaks, et pinge inverteerivas sisendis on alati null. Sel ajal, R1 läbiv vool on konstantne 0,5 mA. Pingeregulaator kasutab AD586TQ/883B, ja operatsioonivõimendi kasutab OP467A.

Pärast S2 filtri läbimist, PT1000 takisti üks ots A on jagatud kaheks teeks, üks läbi takisti R4 diferentsiaalpinge sisendi otsana D, ja üks läbi takisti R2 AGND-le; pärast S3 filtri läbimist, PT1000 takisti teine ​​ots B on jagatud kaheks teeks, üks läbi takisti R5 diferentsiaalpinge sisendotsaks E, ja üks läbi takisti R3 AGND-le. D ja E on ühendatud läbi kondensaatori C3, D on kondensaatori C1 kaudu ühendatud AGND-ga, ja E on kondensaatori C2 kaudu ühendatud AGND-ga.
R4 ja R5 takistus on 4,02k oomi, R1 ja R2 takistus on 1M oomi, C1 ja C2 mahtuvus on 1000pF, ja C3 mahtuvus on 0,047uF. R4, R5, C1, C2, ja C3 moodustavad koos RFI-filtrivõrgu, mis lõpetab sisendsignaali madalpääsfiltrimise, ja välja filtreeritavad objektid hõlmavad diferentsiaalrežiimi häireid ja sisenddiferentsiaalsignaalis sisalduvaid ühisrežiimi häireid. Sisendsignaalis kantavate ühisrežiimi häirete ja diferentsiaalrežiimi häirete piirsageduse -3 dB arvutamine on näidatud valemis:

Takistuse väärtuse asendamine arvutusse, tavarežiimi lõikesagedus on 40 kHZ, ja diferentsiaalrežiimi väljalülitussagedus on 2,6 KHZ.
Lõpp-punkt B on ühendatud AGND-ga läbi S4 filtri. Nende hulgas, kõik filtri maandusklemmid S1 kuni S4 on ühendatud lennuki varjestusmaandusega. Kuna PT1000 kaudu läbiv vool on teadaolevalt 0,05 mA, PT1000 täpse takistuse väärtuse saab arvutada, mõõtes diferentsiaalpinget D ja E mõlemas otsas.
S1 kuni S4 kasutavad T-tüüpi filtreid, mudel GTL2012X-103T801, piirsagedusega 1M±20%. See ahel lisab välistele liideseliinidele madalpääsfiltrid ja teostab diferentsiaalpingele RFI-filtri. PT1000 eeltöötlusahelana, see kõrvaldab tõhusalt elektromagnetilised ja RFI-kiirguse häired, mis parandab oluliselt kogutud väärtuste usaldusväärsust. Lisaks, pinget mõõdetakse otse PT1000 takisti mõlemast otsast, pliitakistusest põhjustatud vea kõrvaldamine ja takistuse väärtuse täpsuse parandamine.

5.2 T-tüüpi filter
T-tüüpi filter koosneb kahest induktiivpoolist ja kondensaatorist. Selle mõlemal otsal on kõrge takistus, ja selle sisestuskao jõudlus on sarnane π-tüüpi filtri omaga, kuid see ei ole aldis “helisemine” ja seda saab kasutada lülitusahelates.