مقاومت ها و مدارهای پروب های سنسور مقاومت حرارتی فلزی PT100 و PT1000

مدار اکتساب دما برای پروب سنسور PT100 یا PT1000 معمولاً از یک منبع جریان پایدار برای تحریک حسگر تشکیل شده است., مدار اندازه گیری مقاومت با دقت بالا برای تشخیص تغییر مقاومت با دما, و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای تبدیل ولتاژ اندازه گیری شده به سیگنال دیجیتالی که می تواند توسط یک میکروکنترلر یا سیستم جمع آوری داده پردازش شود.; تفاوت اصلی بین مدار PT100 و PT1000 در مقیاس مقادیر مقاومت به دلیل داشتن مقاومت اسمی Pt100 است. 100 اهم در 0 درجه سانتیگراد در حالی که Pt1000 دارد 1000 اهم در 0 درجه سانتیگراد, اغلب نیاز به تنظیمات در مدار اندازه گیری بسته به دقت و کاربرد مورد نظر دارد.

این مقاله به معرفی تغییر مقاومت پروب های سنسور مقاومت حرارتی فلزی PT100 و PT1000 در دماهای مختلف می پردازد., و همچنین انواع راه حل های مدار اکتساب دما. از جمله تقسیم ولتاژ مقاومت, اندازه گیری پل, منبع جریان ثابت و AD623, مدار اکتساب AD620. به منظور مقاومت در برابر تداخل, به ویژه تداخل الکترومغناطیسی در میدان هوافضا, طراحی مدار اکتساب سنسور دمای هوابرد PT1000 پیشنهاد شده است, از جمله فیلتر نوع T برای فیلتر کردن و بهبود دقت اندازه گیری.
چکیده تولید شده توسط CSDN از طریق فناوری هوشمند

سنسور کابل دما PT100 برای اندازه گیری دقیق دما در ظروف, مخازن و لوله ها

کابل سنسور دما T100 دمای بالا -50 تا 260

سنسور دمای مقاومت پلاتین PT100 برای دمای سطح فرستنده

راه حل مدار اکتساب دما PT100/PT1000
1. جدول تغییر مقاومت دما سنسورهای PT100 و PT1000
مقاومت های حرارتی فلزی مانند نیکل, مقاومت های مس و پلاتین با تغییر دما همبستگی مثبت دارند. پلاتین دارای پایدارترین خواص فیزیکی و شیمیایی است و بیشترین کاربرد را دارد. محدوده اندازه‌گیری دما پروب‌های سنسور Pt100 مقاومت پلاتینی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند 200-850 ℃ است., و محدوده اندازه گیری دما Pt500, پروب های سنسور Pt1000, OTC. به طور متوالی کاهش می یابد. Pt1000, محدوده اندازه گیری دما -200 تا 420 درجه سانتیگراد است. طبق استاندارد بین المللی IEC751, ویژگی های دمایی مقاومت پلاتین Pt1000 شرایط زیر را برآورده می کند:

منحنی مشخصه دما Pt1000

با توجه به منحنی مشخصه دمای Pt1000, شیب منحنی مشخصه مقاومت کمی در محدوده دمای عملیاتی معمولی تغییر می کند (همانطور که در شکل نشان داده شده است 1). رابطه تقریبی بین مقاومت و دما را می توان از طریق اتصالات خطی به دست آورد:

جدول تغییر مقاومت دما PT100 1

2. راه حل های مدار اکتساب معمول استفاده می شود

2. 1 خروجی تقسیم کننده ولتاژ مقاومت 0~3.3V/3V ولتاژ آنالوگ تک تراشه AD دریافت مستقیم پورت AD
محدوده ولتاژ خروجی مدار اندازه گیری دما 0 تا 3.3 ولت است, PT1000 (مقدار مقاومت PT1000 به شدت تغییر می کند, و حساسیت اندازه گیری دما بالاتر از PT100 است; PT100 برای اندازه گیری دما در مقیاس بزرگ مناسب تر است).

ساده ترین راه استفاده از روش تقسیم ولتاژ است. ولتاژ توسط تراشه منبع ولتاژ مرجع TL431 تولید می شود, که منبع مرجع ولتاژ 4 ولت است. به صورت جایگزین, REF3140 می تواند برای تولید 4.096 ولت به عنوان منبع مرجع استفاده شود. تراشه های منبع مرجع نیز شامل REF3120 هستند, 3125, 3130, 3133, وت 3140. این تراشه از پکیج SOT-32 و ولتاژ ورودی 5 ولت استفاده می کند. ولتاژ خروجی را می توان با توجه به ولتاژ مرجع مورد نیاز انتخاب کرد. البته, با توجه به محدوده ولتاژ ورودی معمولی پورت AD میکروکنترلر, نمی تواند از 3V/3.3V تجاوز کند.

PT100 تک تراشه AD مدار پورت کسب مستقیم

2.2 خروجی تقسیم ولتاژ مقاومت 0 ~ 5 ولت ولتاژ آنالوگ, و پورت AD میکروکنترلر مستقیماً آن را جمع آوری می کند.
البته, برخی از مدارها توسط یک میکروکنترلر 5 ولت تغذیه می شوند, و حداکثر جریان عملیاتی PT1000 0.5 میلی آمپر است, بنابراین باید از یک مقدار مقاومت مناسب برای اطمینان از عملکرد طبیعی قطعه استفاده شود.
به عنوان مثال, 3.3 ولت در نمودار شماتیک تقسیم ولتاژ بالا با 5 ولت جایگزین شده است.. مزیت این است که تقسیم ولتاژ 5 ولت حساس تر از ولتاژ 3.3 ولت است., و مجموعه دقیق تر است. به یاد داشته باشید, ولتاژ خروجی محاسبه شده نظری نمی تواند از 5+ ولت تجاوز کند. در غیر این صورت, میکروکنترلر آسیب می بیند.

2.3 رایج ترین اندازه گیری پل استفاده می شود

مدار تقسیم کننده ولتاژ PT100 ولتاژ آنالوگ 0 تا 5 ولت را خروجی می کند

از R11 استفاده کنید, R12, R13 و Pt1000 برای تشکیل یک پل اندازه گیری, که در آن R11=R13=10k, مقاومت دقیق R12=1000R. زمانی که مقدار مقاومت Pt1000 برابر با مقدار مقاومت R12 نباشد, پل سیگنال اختلاف ولتاژ سطح mV را خروجی می دهد. این سیگنال اختلاف ولتاژ توسط مدار تقویت کننده ابزار تقویت می شود و سیگنال ولتاژ مورد نظر را خروجی می کند., که می تواند مستقیماً به تراشه تبدیل AD یا پورت AD میکروکنترلر متصل شود.

اصل اندازه گیری مقاومت این مدار:

1) PT1000 یک ترمیستور است, و مقاومت آن اساساً به صورت خطی با تغییر دما تغییر می کند.

2) در 0 درجه, مقاومت PT1000 1kΩ است, سپس Ub و Ua برابر هستند, این است, Uba = Ub – انجام = 0.
3) با فرض اینکه در یک دمای معین, مقاومت PT1000 1.5kΩ است, پس Ub و Ua برابر نیستند. طبق اصل تقسیم کننده ولتاژ, ما می توانیم Uba = Ub را پیدا کنیم – انجام دهید > 0.
4) OP07 یک تقویت کننده عملیاتی است, و ضریب تقویت ولتاژ آن A به مدار خارجی بستگی دارد, که در آن A = R2/R1 = 17.5.
5) ولتاژ خروجی Uo OP07 = Uba * بوها. بنابراین اگر از یک ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ خروجی OP07 استفاده کنیم, ما می توانیم مقدار Uab را استنباط کنیم. از آنجایی که Ua یک مقدار شناخته شده است, ما می توانیم مقدار Ub را بیشتر محاسبه کنیم. سپس, با استفاده از اصل تقسیم کننده ولتاژ, می توانیم مقدار مقاومت ویژه PT1000 را محاسبه کنیم. این فرآیند از طریق محاسبه نرم افزاری قابل دستیابی است.
6) اگر مقدار مقاومت PT1000 را در هر دما بدانیم, ما فقط باید جدول را با توجه به مقدار مقاومت جستجو کنیم تا دمای فعلی را بدانیم.

2.4 منبع جریان ثابت
به دلیل اثر خود گرمایشی مقاومت حرارتی, لازم است اطمینان حاصل شود که جریان عبوری از مقاومت تا حد امکان کوچک است, و به طور کلی انتظار می رود جریان کمتر از 10 میلی آمپر باشد. تأیید شده است که خود گرمایش مقاومت پلاتین PT100 از 1 mW باعث تغییر دما می شود 0.02 تا 0.75 ℃, بنابراین کاهش جریان مقاومت پلاتین PT100 می تواند تغییر دمای آن را نیز کاهش دهد. هر چند, اگر جریان خیلی کم باشد, مستعد تداخل نویز است, بنابراین به طور کلی در گرفته می شود 0.5 به 2 mA, بنابراین جریان منبع جریان ثابت به عنوان منبع جریان ثابت 1 میلی آمپر انتخاب می شود.

تراشه انتخاب شده تراشه منبع ولتاژ ثابت TL431 است, و سپس بازخورد منفی فعلی برای تبدیل آن به منبع جریان ثابت استفاده می شود. مدار در شکل نشان داده شده است:

منبع جریان ثابت طرح کسب مدار مقاومت PT100

تقویت کننده عملیاتی CA3140 برای بهبود ظرفیت بار منبع جریان استفاده می شود, و فرمول محاسبه جریان خروجی است:
توضیحات تصویر را در اینجا وارد کنید مقاومت باید a باشد 0.1% مقاومت دقیق. جریان خروجی نهایی 0.996 میلی آمپر است, این است, دقت است 0.4%.
مدار منبع جریان ثابت باید دارای مشخصات زیر باشد:
پایداری دما: از آنجایی که محیط اندازه گیری دمای ما 0-100 ℃ است, خروجی منبع جریان نباید به دما حساس باشد. و TL431 دارای ضریب دمایی بسیار پایین و رانش دمای پایین است.

تنظیم بار خوب: اگر ریپل فعلی خیلی زیاد باشد, باعث خطای خواندن می شود. با توجه به تحلیل های نظری. از آنجایی که ولتاژ ورودی بین 100-138.5mV متغیر است, و محدوده اندازه گیری دما 0-100 ℃ است, دقت اندازه گیری دما 1± درجه سانتیگراد است, بنابراین ولتاژ خروجی باید 38.5/100=0.385mV به ازای هر 1 درجه افزایش دمای محیط تغییر کند.. به منظور اطمینان از اینکه نوسان فعلی بر دقت تأثیر نمی گذارد, شدیدترین حالت را در نظر بگیرید, در 100 درجه سانتیگراد, مقدار مقاومت PT100 باید 138.5R باشد. سپس ریپل جریان باید کمتر از 0.385/138.5=0.000278mA باشد., این است, تغییر در جریان در طول تغییر بار باید کمتر از 0.000278 میلی آمپر باشد. در شبیه سازی واقعی, منبع فعلی اساساً بدون تغییر باقی می ماند.

3. راه حل مدار اکتساب AD623
این اصل می تواند به اصل اندازه گیری پل فوق اشاره داشته باشد.
جذب دمای پایین:

AD620 دمای بالای محلول اکتسابی PT100 را اندازه گیری می کند (150درجه)

جذب دمای بالا
توضیحات تصویر را اینجا درج کنید

4. راه حل مدار اکتساب AD620
راه حل کسب AD620 PT100 برای دمای بالا (150درجه):

AD620 محلول اکتسابی PT100 را در دمای پایین اندازه گیری می کند (-40درجه)

راه حل اکتسابی AD620 PT100 برای دمای پایین (-40درجه):

AD620 طرح کسب PT100 را در دمای اتاق اندازه گیری می کند (20درجه)

محلول اکتسابی AD620 PT100 برای دمای اتاق (20درجه):

مدار اکتساب دمای بالا سنسور PT100

5. آنالیز فیلتر ضد تداخل سنسورهای PT100 و PT1000
افزایش دما در برخی مجتمع ها, محیط های خشن یا خاص در معرض تداخل زیادی خواهند بود, عمدتا از جمله EMI و REI. به عنوان مثال, در کاربرد کسب دمای موتور, اختلالات فرکانس بالا ناشی از کنترل موتور و چرخش با سرعت زیاد موتور.

همچنین تعداد زیادی سناریو کنترل دما در داخل وسایل نقلیه هوانوردی و هوافضا وجود دارد, که سیستم قدرت و سیستم کنترل محیطی را اندازه گیری و کنترل می کنند. هسته کنترل دما اندازه گیری دما است. از آنجایی که مقاومت ترمیستور می تواند به صورت خطی با دما تغییر کند, استفاده از مقاومت پلاتین برای اندازه گیری دما یک روش موثر اندازه گیری دما با دقت بالا است. مشکلات اصلی به شرح زیر است:
1. مقاومت روی سیم سرب به راحتی معرفی می شود, بنابراین بر دقت اندازه گیری سنسور تأثیر می گذارد;
2. در محیط های تداخل الکترومغناطیسی قوی خاص, تداخل ممکن است پس از اصلاح توسط تقویت کننده ابزار به خطای آفست خروجی DC تبدیل شود., بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد.

5.1 مدار اکتساب PT1000 هوابرد هوافضا
به طراحی مدار اکتساب PT1000 در هوا برای تداخل ضد الکترومغناطیسی در یک هوانوردی خاص مراجعه کنید..

طرح مدار اکتساب AD623 برای سنسور PT100

یک فیلتر در بیرونی ترین انتهای مدار جذب تنظیم شده است. مدار پیش پردازش اکتسابی PT1000 برای پیش پردازش ضد تداخل الکترومغناطیسی رابط های تجهیزات الکترونیکی هوابرد مناسب است.; مدار خاص است:
ولتاژ ورودی +15 ولت از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ به منبع ولتاژ +5 ولت با دقت بالا تبدیل می شود.. منبع ولتاژ +5 ولت با دقت بالا مستقیماً به مقاومت R1 متصل می شود, و سر دیگر مقاومت R1 به دو مسیر تقسیم می شود. یکی به انتهای ورودی فاز آپ امپ متصل است, و دیگری از طریق فیلتر S1 نوع T به انتهای مقاومت PT1000 متصل می شود. خروجی آپ امپ به ورودی معکوس متصل می شود تا یک دنبال کننده ولتاژ تشکیل شود, و ورودی معکوس به پورت زمین تنظیم کننده ولتاژ متصل می شود تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ در ورودی فاز همیشه صفر است.. پس از عبور از فیلتر S2, یک انتهای A مقاومت PT1000 به دو مسیر تقسیم می شود, یکی از طریق مقاومت R4 به عنوان ورودی ولتاژ دیفرانسیل D, و یکی از طریق مقاومت R2 به AGND. پس از عبور از فیلتر S3, انتهای دیگر B مقاومت PT1000 به دو مسیر تقسیم می شود, یکی از طریق مقاومت R5 به عنوان ورودی ولتاژ دیفرانسیل E, و یکی از طریق مقاومت R3 به AGND. D و E از طریق خازن C3 متصل می شوند, D از طریق خازن C1 به AGND متصل می شود, و E از طریق خازن C2 به AGND متصل می شود. مقدار دقیق مقاومت PT1000 را می توان با اندازه گیری ولتاژ دیفرانسیل در دو طرف D و E محاسبه کرد..

ولتاژ ورودی +15 ولت از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ به منبع ولتاژ +5 ولت با دقت بالا تبدیل می شود.. +5V مستقیماً به R1 متصل است. انتهای دیگر R1 به دو مسیر تقسیم می شود, یکی به ورودی فاز آپ امپ متصل است, و دیگری از طریق فیلتر نوع T S1 به انتهای A مقاومت PT1000 متصل می شود.. خروجی آپ امپ به ورودی معکوس متصل می شود تا یک دنبال کننده ولتاژ تشکیل شود, و ورودی معکوس به پورت زمین تنظیم کننده ولتاژ متصل می شود تا اطمینان حاصل شود که ولتاژ در ورودی معکوس همیشه صفر است.. در این زمان, جریان عبوری از R1 0.5mA ثابت است. تنظیم کننده ولتاژ از AD586TQ/883B استفاده می کند, و آپ امپ از OP467A استفاده می کند.

پس از عبور از فیلتر S2, یک انتهای A مقاومت PT1000 به دو مسیر تقسیم می شود, یکی از طریق مقاومت R4 به عنوان انتهای ولتاژ ورودی دیفرانسیل D, و یکی از طریق مقاومت R2 به AGND. پس از عبور از فیلتر S3, انتهای دیگر B مقاومت PT1000 به دو مسیر تقسیم می شود, یکی از طریق مقاومت R5 به عنوان انتهای ولتاژ ورودی دیفرانسیل E, و یکی از طریق مقاومت R3 به AGND. D و E از طریق خازن C3 متصل می شوند, D از طریق خازن C1 به AGND متصل می شود, و E از طریق خازن C2 به AGND متصل می شود.
مقاومت R4 و R5 4.02k اهم است, مقاومت R1 و R2 1M اهم است, ظرفیت C1 و C2 1000pF است, و ظرفیت C3 0.047uF است. R4, R5, C1, C2, و C3 با هم یک شبکه فیلتر RFI را تشکیل می دهند. فیلتر RFI فیلتر پایین گذر سیگنال ورودی را تکمیل می کند, و اشیاء فیلتر شده شامل تداخل حالت دیفرانسیل و تداخل حالت رایج در سیگنال دیفرانسیل ورودی است.. محاسبه فرکانس قطع - 3dB تداخل حالت مشترک و تداخل حالت دیفرانسیل که در سیگنال ورودی انجام می شود در فرمول نشان داده شده است.:

مدار اکتساب PT1000 هوابرد هوافضا

جایگزینی مقدار مقاومت در محاسبه, فرکانس قطع حالت معمول 40 کیلوهرتز است, و فرکانس قطع حالت دیفرانسیل 2.6 کیلوهرتز است.
نقطه پایانی B از طریق فیلتر S4 به AGND متصل می شود. در میان آنها, پایانه های زمین فیلتر از S1 تا S4 همگی به زمین محافظ هواپیما متصل هستند. از آنجایی که جریان عبوری از PT1000 0.05 میلی آمپر شناخته شده است, مقدار دقیق مقاومت PT1000 را می توان با اندازه گیری ولتاژ دیفرانسیل در هر دو انتهای D و E محاسبه کرد..
S1 تا S4 از فیلترهای نوع T استفاده می کنند, مدل GTL2012X‑103T801, با فرکانس قطع M±20٪. این مدار فیلترهای پایین گذر را به خطوط رابط خارجی معرفی می کند و فیلتر RFI را بر روی ولتاژ دیفرانسیل انجام می دهد.. به عنوان یک مدار پیش پردازش برای PT1000, به طور موثر تداخل تابش الکترومغناطیسی و RFI را حذف می کند, که تا حد زیادی قابلیت اطمینان مقادیر جمع آوری شده را بهبود می بخشد. علاوه بر این, ولتاژ مستقیماً از هر دو سر مقاومت PT1000 اندازه گیری می شود, حذف خطای ناشی از مقاومت سرب و بهبود دقت مقدار مقاومت.

3-سنسور دمای مقاومت حرارتی پلاتینیوم PT100 کنترل دمای صنعتی بالا کلاس B سیم کلاس B

ترموکوپل فنر فشاری نوع K-E, پروب سنسور دما pt100

سنسور دمای PT100 با دقت بالا برای اندازه گیری دمای ترانسفورماتور

5.2 فیلتر نوع T
توضیحات تصویر را اینجا درج کنید
فیلتر نوع T از دو سلف و خازن تشکیل شده است. هر دو انتهای آن امپدانس بالایی دارد, و عملکرد از دست دادن درج آن شبیه به فیلتر نوع π است, اما مستعد آن نیست “زنگ زدن” و می تواند در مدارهای سوئیچینگ استفاده شود.