PT100 ja PT1000 metallist termotakisti anduri sondide takistid ja vooluringid

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 oomi temperatuuril 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, mahutid ja torud

Temperatuurianduri sond T100 kõrge temperatuur -50～260 kaabel

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

PT100/PT1000 temperatuuri mõõtmise ahela lahendus
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Metallist termotakistid nagu nikkel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Plaatinal on kõige stabiilsemad füüsikalised ja keemilised omadused ning seda kasutatakse kõige laialdasemalt. Tavaliselt kasutatavate plaatinatakistuse Pt100 andurite temperatuuri mõõtmisvahemik on -200～850 ℃, ja temperatuuri mõõtmise vahemikud Pt500, Pt1000 anduri sondid, jne. vähendatakse järjest. 1000 Pt, temperatuuri mõõtmise vahemik on -200 ～ 420 ℃. Vastavalt rahvusvahelisele standardile IEC751, plaatinatakisti Pt1000 temperatuurinäitajad vastavad järgmistele nõuetele:

Pt1000 temperatuuri tunnuskõver

Pt1000 temperatuuri tunnuskõvera järgi, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (nagu on näidatud joonisel 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 temperatuurikindluse muutmistabel 1

2. Enamasti kasutatavad hankimisahela lahendused

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Temperatuuri mõõtmise ahela pinge väljundvahemik on 0 ~ 3,3 V, PT1000 (PT1000 takistuse väärtus muutub oluliselt, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 sobib rohkem suuremahuliseks temperatuuri mõõtmiseks).

Lihtsaim viis on kasutada pingejaotuse meetodit. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatiivina, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, ja 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Väljundpinget saab valida vastavalt nõutavale võrdluspingele. Muidugi, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, see ei tohi ületada 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.
Muidugi, 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.
Näiteks, 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. Pea meeles, teoreetiline arvestuslik väljundpinge ei tohi ületada +5V. Muidu, the microcontroller will be damaged.

2.3 Kõige sagedamini kasutatav sillamõõtmine

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, kus R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Kui Pt1000 takistuse väärtus ei ole võrdne takistuse väärtusega R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Seda pinge erinevuse signaali võimendab instrumendi võimendi ahel ja see väljastab soovitud pingesignaali, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Selle vooluahela takistuse mõõtmise põhimõte:

1) PT1000 on termistor, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Tee > 0.
4) OP07 on operatsioonivõimendi, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, saame arvutada PT1000 eritakistuse väärtuse. Seda protsessi saab saavutada tarkvara arvutamise abil.
6) Kui me teame PT1000 takistuse väärtust mis tahes temperatuuril, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Püsivooluallikas
Tänu soojustakisti isekuumenevale toimele, 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. On tõestatud, et plaatinatakisti PT100 isekuumenemine 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. Siiski, kui vool on liiga väike, see on vastuvõtlik mürahäiretele, so it is generally taken at 0.5 juurde 2 mA, seega valitakse konstantse vooluallika vool 1 mA konstantse vooluallikaks.

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. Ahel on näidatud joonisel:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, ja väljundvoolu arvutusvalem on:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% täppistakisti. Lõplik väljundvool on 0,996 mA, see tähendab, täpsus on 0.4%.
Püsivooluallika vooluahelal peaksid olema järgmised omadused:
Temperatuuri stabiilsus: Kuna meie temperatuuri mõõtmise keskkond on 0-100 ℃, vooluallika väljund ei tohiks olla temperatuuritundlik. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Hea koormuse reguleerimine: Kui praegune pulsatsioon on liiga suur, see põhjustab lugemisvigu. Teoreetilise analüüsi järgi. Since the input voltage varies between 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. Tegelikus simulatsioonis, praegune allikas jääb põhimõtteliselt muutumatuks.

3. AD623 hankimisahela lahendus
Põhimõte võib viidata ülaltoodud silla mõõtmise põhimõttele.
Madala temperatuuri omandamine:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Kõrge temperatuuri omandamine
Insert picture description here

4. AD620 hankimisahela lahendus
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
Temperatuuri omandamine mõnes kompleksis, karmid või erilised keskkonnad võivad olla tugevate häirete all, peamiselt EMI ja REI. Näiteks, mootori temperatuuri mõõtmise rakendamisel, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, mõjutab mõõtmise täpsust.

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Filter on seatud kogumisahela kõige välimisse otsa. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
+15 V sisendpinge muudetakse pingeregulaatori kaudu +5 V ülitäpseks pingeallikaks. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input D, ja üks läbi takisti R2 AGND-le. Pärast S3 filtri läbimist, PT1000 takisti teine ​​ots B on jagatud kaheks teeks, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

+15 V sisendpinge muudetakse pingeregulaatori kaudu +5 V ülitäpseks pingeallikaks. +5V on otse ühendatud R1-ga. R1 teine ​​ots on jagatud kaheks teeks, üks, mis on ühendatud opvõimendi ühefaasilise sisendiga, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter 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. 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. Sisendsignaalis kantavate ühisrežiimi häirete ja diferentsiaalrežiimi häirete piirsageduse -3 dB arvutamine on näidatud valemis:

Õhusõiduki PT1000 hankimisahel

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, with a cutoff frequency of M±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.

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 T-tüüpi filter
Insert picture description here
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.