Resistors and Circuits of PT100 and PT1000 Metal Thermal Resistor Sensor Probes

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 ohms at 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, مخازن و لوله ها

Temperature sensor probe T100 high temperature -50～260 cable

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

راه حل مدار اکتساب دما PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
مقاومت های حرارتی فلزی مانند نیکل, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. پلاتین دارای پایدارترین خواص فیزیکی و شیمیایی است و بیشترین کاربرد را دارد. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistance Pt100 sensor probes is -200～850℃, and the temperature measurement ranges of Pt500, Pt1000 sensor probes, OTC. به طور متوالی کاهش می یابد. Pt1000, temperature measurement range is -200～420℃. 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, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (همانطور که در شکل نشان داده شده است 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

جدول تغییر مقاومت دما PT100 1

2. راه حل های مدار اکتساب معمول استفاده می شود

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
محدوده ولتاژ خروجی مدار اندازه گیری دما 0 تا 3.3 ولت است, PT1000 (مقدار مقاومت PT1000 به شدت تغییر می کند, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 برای اندازه گیری دما در مقیاس بزرگ مناسب تر است).

ساده ترین راه استفاده از روش تقسیم ولتاژ است. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. به صورت جایگزین, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, وت 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. ولتاژ خروجی را می توان با توجه به ولتاژ مرجع مورد نیاز انتخاب کرد. البته, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, نمی تواند از 3V/3.3V تجاوز کند.

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.
البته, 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.
به عنوان مثال, 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. به یاد داشته باشید, ولتاژ خروجی محاسبه شده نظری نمی تواند از 5+ ولت تجاوز کند. در غیر این صورت, the microcontroller will be damaged.

2.3 رایج ترین اندازه گیری پل استفاده می شود

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, که در آن R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. زمانی که مقدار مقاومت Pt1000 برابر با مقدار مقاومت R12 نباشد, the bridge will output a mV level voltage difference signal. این سیگنال اختلاف ولتاژ توسط مدار تقویت کننده ابزار تقویت می شود و سیگنال ولتاژ مورد نظر را خروجی می کند., which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

اصل اندازه گیری مقاومت این مدار:

1) PT1000 یک ترمیستور است, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – انجام دهید > 0.
4) OP07 یک تقویت کننده عملیاتی است, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, 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, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 منبع جریان ثابت
به دلیل اثر خود گرمایشی مقاومت حرارتی, 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. تأیید شده است که خود گرمایش مقاومت پلاتین PT100 از 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. هر چند, اگر جریان خیلی کم باشد, مستعد تداخل نویز است, so it is generally taken at 0.5 به 2 mA, بنابراین جریان منبع جریان ثابت به عنوان منبع جریان ثابت 1 میلی آمپر انتخاب می شود.

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. مدار در شکل نشان داده شده است:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, و فرمول محاسبه جریان خروجی است:
Insert picture description here The resistor should be a 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. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

تنظیم بار خوب: اگر ریپل فعلی خیلی زیاد باشد, باعث خطای خواندن می شود. با توجه به تحلیل های نظری. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. 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 measures PT100 acquisition solution high temperature (150درجه)

جذب دمای بالا
Insert picture description here

4. راه حل مدار اکتساب AD620
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150درجه):

AD620 measures PT100 acquisition solution at low temperature (-40درجه)

AD620 PT100 acquisition solution for low temperature (-40درجه):

AD620 measures PT100 acquisition scheme at room temperature (20درجه)

AD620 PT100 acquisition solution for room temperature (20درجه):

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

یک فیلتر در بیرونی ترین انتهای مدار جذب تنظیم شده است. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
ولتاژ ورودی +15 ولت از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ به منبع ولتاژ +5 ولت با دقت بالا تبدیل می شود.. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input 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, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

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, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. 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. 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. 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, with a cutoff frequency of 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-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 فیلتر نوع T
Insert picture description here
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.