PT100 ja PT1000 metallist termotakisti anduri sondide takistid ja vooluringid

Anduri sondi PT100 või PT1000 temperatuurivõtuahel koosneb tavaliselt stabiilsest vooluallikast anduri ergastamiseks, ülitäpse takistuse mõõtmise ahel, mis võimaldab tuvastada takistuse muutumist temperatuuriga, ja analoog-digitaalmuundur (ADC) mõõdetud pinge teisendamiseks digitaalseks signaaliks, mida saab töödelda mikrokontrolleri või andmehõivesüsteemiga; peamine erinevus PT100 ja PT1000 vooluringide vahel on takistuse väärtuste skaala, kuna Pt100 nimitakistus on 100 oomi temperatuuril 0 °C, samas kui Pt1000-l on 1000 oomi temperatuuril 0 °C, mis sageli nõuavad mõõtmisahela kohandamist sõltuvalt soovitud täpsusest ja rakendusest.

Artiklis tutvustatakse metallist termotakisti anduri PT100 ja PT1000 takistuse muutust erinevatel temperatuuridel, samuti mitmesuguseid temperatuuri mõõtmise ahela lahendusi. Sealhulgas takistuse pingejaotus, silla mõõtmine, püsivooluallikas ja AD623, AD620 hankimisahel. Sekkumise vastu, eriti elektromagnetilised häired kosmosevaldkonnas, Pakutakse välja õhus oleva PT1000 temperatuurianduri saamise ahela disain, sealhulgas T-tüüpi filter filtreerimiseks ja mõõtmise täpsuse parandamiseks.
CSDN-i poolt intelligentse tehnoloogia abil loodud kokkuvõte

PT100 Temperatuurikaabli andur täpseks temperatuuri mõõtmiseks konteinerites, mahutid ja torud

Temperatuurianduri sond T100 kõrge temperatuur -50～260 kaabel

PT100 plaatina takistus temperatuuriandur saatja pinnatemperatuuri jaoks

PT100/PT1000 temperatuuri mõõtmise ahela lahendus
1. PT100 ja PT1000 andurite temperatuuritakistuse muutmistabel
Metallist termotakistid nagu nikkel, vask- ja plaatinatakistitel on positiivne korrelatsioon temperatuurimuutusega. 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, takistuse tunnuskõvera kalle muutub veidi normaalse töötemperatuuri vahemikus (nagu on näidatud joonisel 1). Ligikaudse seose takistuse ja temperatuuri vahel saab saada lineaarse paigaldamise abil:

PT100 temperatuurikindluse muutmistabel 1

2. Enamasti kasutatavad hankimisahela lahendused

2. 1 Takisti pingejaguri väljund 0 ~ 3,3 V/3 V analoogpinge ühe kiibi AD pordi otsene hankimine
Temperatuuri mõõtmise ahela pinge väljundvahemik on 0 ~ 3,3 V, PT1000 (PT1000 takistuse väärtus muutub oluliselt, ja temperatuuri mõõtmise tundlikkus on kõrgem kui PT100; PT100 sobib rohkem suuremahuliseks temperatuuri mõõtmiseks).

Lihtsaim viis on kasutada pingejaotuse meetodit. Pinge genereerib TL431 pinge etalonallika kiip, mis on 4 V pinge võrdlusallikas. Alternatiivina, 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 mikrokontrolleri AD pordi normaalsele pinge sisendvahemikule, see ei tohi ületada 3V/3,3V.

PT100 ühe kiibiga AD-pordi vooluahela otsene omandamine

2.2 Takisti pingejaotusväljund 0~5V analoogpinge, ja mikrokontrolleri AD port kogub selle otse.
Muidugi, mõned ahelad saavad toite 5 V mikrokontrollerist, ja PT1000 maksimaalne töövool on 0,5 mA, seega tuleb komponendi 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 pinge, ja kogumine on täpsem. Pea meeles, teoreetiline arvestuslik väljundpinge ei tohi ületada +5V. Muidu, mikrokontroller saab kahjustatud.

2.3 Kõige sagedamini kasutatav sillamõõtmine

PT100 pingejaguri vooluring väljastab 0–5 V analoogpinget

Kasutage R11, R12, R13 ja Pt1000 mõõtesilla moodustamiseks, kus R11=R13=10k, R12=1000R täppistakisti. Kui Pt1000 takistuse väärtus ei ole võrdne takistuse väärtusega R12, sild väljastab mV taseme pinge erinevuse signaali. Seda pinge erinevuse signaali võimendab instrumendi võimendi ahel ja see väljastab soovitud pingesignaali, mida saab otse ühendada AD konversioonikiibi või mikrokontrolleri AD pordiga.

Selle vooluahela takistuse mõõtmise põhimõte:

1) PT1000 on termistor, ja selle takistus muutub põhimõtteliselt lineaarselt temperatuuri muutumisega.

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. Vastavalt pingejaguri põhimõttele, leiame Uba = Ub – Tee > 0.
4) OP07 on operatsioonivõimendi, ja selle pingevõimendustegur 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 pingejaguri 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 otsima ainult takistuse väärtuse järgi.

2.4 Püsivooluallikas
Tänu soojustakisti isekuumenevale toimele, on vaja tagada, et takistit läbiv vool oleks võimalikult väike, ja üldiselt eeldatakse, et vool on alla 10 mA. On tõestatud, et plaatinatakisti PT100 isekuumenemine 1 mW põhjustab temperatuurimuutuse 0.02 kuni 0,75 ℃, seega võib plaatinatakisti PT100 voolu vähendamine vähendada ka selle temperatuuri muutust. Siiski, kui vool on liiga väike, see on vastuvõtlik mürahäiretele, nii et üldiselt võetakse 0.5 juurde 2 mA, seega valitakse konstantse vooluallika vool 1 mA konstantse vooluallikaks.

Valitud kiip on püsipingeallika kiip TL431, ja seejärel kasutatakse voolu negatiivset tagasisidet selle teisendamiseks konstantseks vooluallikaks. Ahel on näidatud joonisel:

Takisti PT100 vooluahela omandamise skeemi püsivooluallikas

Operatsioonivõimendit CA3140 kasutatakse vooluallika koormustaluvuse parandamiseks, ja väljundvoolu arvutusvalem on:
Sisesta siia pildi kirjeldus 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:
Temperatuuri stabiilsus: Kuna meie temperatuuri mõõtmise keskkond on 0-100 ℃, vooluallika väljund ei tohiks olla temperatuuritundlik. Ja 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 100-138,5 mV, 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
Põhimõte võib viidata ülaltoodud silla mõõtmise põhimõttele.
Madala temperatuuri omandamine:

AD620 mõõdab PT100 kogumislahuse kõrget temperatuuri (150°)

Kõrge temperatuuri omandamine
Sisesta siia pildi kirjeldus

4. AD620 hankimisahela lahendus
AD620 PT100 kogumislahendus kõrge temperatuuri jaoks (150°):

AD620 mõõdab PT100 kogumislahust madalal temperatuuril (-40°)

AD620 PT100 kogumislahendus madalale temperatuurile (-40°):

AD620 mõõdab PT100 kogumisskeemi toatemperatuuril (20°)

AD620 PT100 kogumislahus toatemperatuurile (20°):

PT100 anduri kõrge temperatuuri mõõtmise ahel

5. PT100 ja PT1000 andurite 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 juhtimisest ja mootori kiirest pöörlemisest põhjustatud kõrgsageduslikud häired.

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. Teatud tugevate elektromagnetiliste häiretega keskkondades, häired võivad muutuda alalisvoolu väljundi nihke veaks pärast seda, kui instrumendi võimendi on need kõrvaldanud, mõjutab mõõtmise täpsust.

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

AD623 kogumisahela skeem PT100 anduri jaoks

Filter on seatud kogumisahela kõige välimisse otsa. PT1000 omandamise eeltöötlusahel sobib õhus olevate elektroonikaseadmete liideste elektromagnetiliste häiretevastaseks eeltöötluseks; konkreetne ahel on:
+15 V sisendpinge muudetakse pingeregulaatori kaudu +5 V ülitäpseks pingeallikaks. +5V ülitäpne pingeallikas on otse ühendatud takistiga R1, ja takisti R1 teine ​​ots on jagatud kaheks teeks. Üks on ühendatud opvõimendi faasisisese 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, üks läbi takisti R4 diferentsiaalpinge sisendiks 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 sisendiks 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. 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, 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 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. RFI-filter lõpetab sisendsignaali madalpääsfiltrimise, ja välja filtreeritud objektid hõlmavad diferentsiaalrežiimi häireid ja sisenddiferentsiaalsignaalis levinud ühisrežiimi häireid. 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, piirsagedusega 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-traat B-klassi kõrge tööstusliku temperatuuri juhtseade PT100 plaatina termotakisti temperatuuriandur

K-E tüüpi survevedru termopaar, pt100 temperatuurianduri andur

Kõrge täpsusega PT100 temperatuuriandur trafo temperatuuri mõõtmiseks

5.2 T-tüüpi filter
Sisesta siia pildi kirjeldus
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.