اکتساب دما از 2, 3, و سنسورهای دما 4 سیم PT100

در مقاله به معرفی چگونگی 2, 3, و سنسورهای 4 سیم PT100 از طریق تغییرات مقاومت به سیگنال های ولتاژ تبدیل می شوند, و یک منبع جریان ثابت برای محافظت از سنسور و اطمینان از صحت تبدیل سیگنال استفاده می شود. سنسور PT100 با اندازه گیری تغییر در مقاومت الکتریکی آن دما را بدست می آورد, که مستقیماً با دمایی که در معرض آن قرار می گیرد، ارتباط دارد; با افزایش دما, مقاومت عنصر پلاتین در سنسور نیز افزایش می یابد, امکان محاسبه دقیق دما بر اساس این تغییر مقاومت را فراهم می کند; اساسا, را “100” در PT100 نشان می دهد که سنسور دارای مقاومت است 100 اهم در 0 درجه سانتیگراد, و این مقدار با نوسانات دما به طور قابل پیش بینی تغییر می کند. استفاده از تقویت کننده عملیاتی MCP604 در طراحی مدار بر تاثیر ویژگی های آن مانند ولتاژ آفست ورودی پایین و جریان بایاس بر دقت تاکید می کند.. کالیبراسیون نرم افزار برای بهبود دقت در طراحی مدار استفاده می شود, اجتناب از ناراحتی تنظیم فیزیکی. بالاخره, این مقاله فرمول رابطه بین دما و مقدار مقاومت پلاتین را ارائه می دهد, که برای محاسبه مقدار دما استفاده می شود.

طراحی جذب دما از سنسور دمای 2 سیم PT100

دریافت دما سنسور دمای PT100 3 سیم سفارشی چین

دریافت دما از سنسور دمای 4 سیم PT100

نکات کلیدی در مورد بدست آوردن دمای PT100:
ردیاب دمای مقاومتی (RTD):
PT100 یک نوع RTD است, به این معنی که دما را با تشخیص تغییرات در مقاومت الکتریکی آن اندازه گیری می کند.
عنصر پلاتین:
عنصر حسگر در PT100 از پلاتین ساخته شده است, که رابطه بسیار پایدار و خطی بین مقاومت و دما را نشان می دهد.
فرآیند اندازه گیری: سنسور در محیطی قرار می گیرد که دما باید اندازه گیری شود.
مقاومت عنصر پلاتین با استفاده از یک مدار الکترونیکی اختصاصی اندازه گیری می شود.
سپس مقدار مقاومت اندازه گیری شده با استفاده از یک فرمول ریاضی بر اساس ضریب دمای شناخته شده پلاتین به دما تبدیل می شود..

مزایای سنسورهای PT100:
دقت بالا: به دلیل رفتار پایدار پلاتین یکی از دقیق ترین سنسورهای دمای موجود در نظر گرفته می شود.
محدوده دمایی گسترده:　بسته به طراحی سنسور می تواند دما را از 200- تا 850 درجه سانتی گراد اندازه گیری کند.
خطی بودن خوب: رابطه بین مقاومت و دما نسبتا خطی است, ساده سازی تفسیر داده ها.

ملاحظات مهم:
کالیبراسیون: برای اطمینان از اندازه گیری های دقیق, سنسورهای PT100 باید به طور منظم بر اساس استاندارد مرجع کالیبره شوند.
مقاومت سیم سرب: مقاومت سیم های اتصال می تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد, بنابراین در نظر گرفتن مناسب جبران سیم سرب اغلب ضروری است.
مناسب بودن برنامه: در حالی که دقت بالایی دارد, سنسورهای PT100 ممکن است برای محیط‌های بسیار سخت یا برنامه‌هایی که به زمان پاسخ‌دهی بسیار سریع نیاز دارند، مناسب نباشند.

1. اصول اولیه دریافت سیگنال
PT100 سیگنال های دما را به خروجی های مقاومتی تبدیل می کند, و مقدار مقاومت آن از 0 تا 200Ω. مبدل AD فقط می تواند ولتاژ را تبدیل کند و نمی تواند مستقیما دما را جمع آوری کند. از این رو, یک منبع جریان ثابت 1 میلی آمپر برای تغذیه PT100 و تبدیل تغییرات مقاومت به تغییرات ولتاژ مورد نیاز است.. مزیت استفاده از منبع جریان ثابت این است که می تواند عمر سنسور را افزایش دهد. از آنجایی که محدوده سیگنال ورودی است 0 تا 200 میلی ولت, سیگنال باید تقویت شود و سپس AD تبدیل شود تا داده های سیگنال الکتریکی بدست آید.

دلایل استفاده نکردن از طراحی منبع ولتاژ ثابت:

اگر از منبع ولتاژ ثابت برای تغذیه استفاده شود, و سپس مقاومت و PT100 به صورت سری وصل می شوند, و ولتاژ تقسیم می شود, مشکلی وجود دارد. هنگامی که مقاومت PT100 خیلی کوچک است, جریان عبوری از PT100 خیلی زیاد است, در نتیجه عمر سنسور کمتر می شود.

2. آپ امپ از MCP604 استفاده می کند
ویژگی های MCP604:
1) محدوده ولتاژ 2.7 تا 6.0 ولت است
2) خروجی ریل به ریل است
3) محدوده دمای عملیاتی: -40درجه سانتی گراد تا +85 درجه سانتی گراد
4) ولتاژ آفست ورودی ± 3 میلی ولت است, مقدار معمولی 1 میلی ولت است, حساسیت بالا.
5) جریان بایاس ورودی 1pA است, هنگامی که TA = +85 درجه سانتیگراد, I=20pA, دقت اکتساب را بهبود می بخشد.
6) نوسان ولتاژ خروجی خطی: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, واحد V است.

هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه 3.3 ولت است, نوسان ولتاژ خروجی خطی 0.1 تا 3.2 ولت است. به منظور اطمینان از کارکرد سیگنال تقویت شده در ناحیه خطی, زمانی که VDD=3.3V, ما ولتاژ خروجی MCP604 را طوری تنظیم کردیم که روی آن باقی بماند: 0.5V ~ 2.5V برای برآورده کردن الزامات طراحی مدار تقویت کننده عملیات.

آپ امپ موجود در کتاب الکترونیک آنالوگ یک تقویت کننده عملیاتی ایده آل است, که با آمپلی فایر واقعی متفاوت است. از این رو, لازم است در نظر گرفته شود “ولتاژ افست ورودی”, “جریان بایاس ورودی” وت “نوسان ولتاژ خروجی خطی” هنگام طراحی.

3. نمودار مدار
R11 در شکل یک مدار بایاس برای جلوگیری از آخرین مرحله خروجی تقویت کننده دیفرانسیل از اعوجاج اشباع است..
1) یک ضریب تقویت مناسب را برای کاهش خطای خروجی انتخاب کنید. به دلیل وجود ولتاژ آفست ورودی, هنگامی که ضریب تقویت افزایش می یابد, خطای خروجی نیز افزایش خواهد یافت, که در طراحی باید در نظر گرفته شود.
2) ضریب تقویت این مدار می باشد 10. با فرض اینکه ولتاژ آفست ورودی معمولی 3 میلی ولت است, اگر سیگنال ورودی به 5 میلی ولت تغییر کند, 2mV تقویت نخواهد شد, که خطای خروجی 20 میلی ولت تولید خواهد کرد.

اپ امپ آشکارساز دما PT100 با استفاده از نمودار مدار MCP604

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I=1 میلی آمپر, Vref=Vo3=1.65V
1.7حرفهای<= وین<= 1.9 ولت, 1.7حرفهای<=V02<=1.9
1.8حرفهای<=Vo1<= 2 ولت, اطمینان حاصل کنید که آپ امپ در ناحیه خطی کار می کند, این بسیار مهم است
0.5حرفهای<=Vo4<= 2.5 ولت, اطمینان حاصل کنید که آپ امپ در ناحیه خطی کار می کند, به همین دلیل است که 50Ω در سری مورد نیاز است.

هنگامی که مقاومت ورودی 1Ω تغییر می کند, Vout به 10mV تغییر می کند. از آنجایی که ولتاژ جبران ورودی MCP604 ± 3mV است, هنگامی که یک تغییر 0.3333Ω وجود دارد, تغییر 3.333mV وجود خواهد داشت, و حساسیت اکتساب بالاست.
وقتی 0<= رین<ورودی = 200Ω, از آنجایی که حلقه به صورت سری با 50Ω متصل است, 50اوه<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0.001, واحد A

4. کالیبراسیون نرم افزار
مهندسان جدید همیشه سعی در بهبود دقت مقاومت ها دارند, اما خطا هنوز بزرگ است. برخی از مهندسان به سادگی از مقاومت های قابل تنظیم مداوم استفاده می کنند, مقادیر مقاومت آنها را تنظیم کنید, و از مولتی متر استفاده کنید تا خروجی با رابطه انتقال مطابقت داشته باشد. به نظر می رسد این دقت بهبود یافته است, اما برای تولید راحت نیست, و دشواری طراحی PCB نیز افزایش یافته است. حتی اگر اشکال زدایی انجام شود, اگر پیچ تنظیم با دست لمس شود, ممکن است باعث خطا شود. تنها راه استفاده از مقاومت های ثابت برای تولید و استفاده از نرم افزار برای کمک به کالیبراسیون دقیق است.
1) وقتی Rin=0, یک مقدار ولتاژ را بخوانید و آن را به عنوان V50 ثبت کنید. ذخیره V50, با تغییر مقدار مقاومت PT100 تغییر نخواهد کرد زیرا توسط یک منبع جریان ثابت تغذیه می شود.
2) مقاومت اسمی را وصل کنید, اجازه دهید Rs = 100Ω, یک مقدار ولتاژ را بخوانید و آن را به عنوان V150 ثبت کنید. ذخیره V150, مقدار ولتاژ زمانی که دما خوانده می شود 0.
3) ضریب تقویت فعلی را محاسبه کنید: آیو = (V150 – V50) / روپیه; نجاتم بده, یعنی کالیبراسیون انجام شده است.
4) وقتی مقاومت ورودی R باشد, ولتاژ خوانده شده Vo است, سپس R = (Vo- V50) / آیو
از طریق توضیحات بالا, کالیبراسیون نرم افزار مزایای زیادی دارد, نه تنها تولید راحت, بلکه دقت بالایی دارد. به منظور بهبود دقت, ولتاژ خروجی را نیز می توان به چند بازه تقسیم کرد, به طور جداگانه کالیبره شده است, و Io های مختلف را می توان به دست آورد, به طوری که خطی بودن خروجی بهتر خواهد بود. این ایده ها در طراحی من منعکس شده است.

طراحی مدار OP AMP MCP604

5. محاسبه دما
زمانی که دما کمتر از 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
زمانی که دما بیشتر یا مساوی باشد 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
شرح:
Rt مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در t℃ است
R0 مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در 0℃ 100Ω است
A=3.9082×10^-3
B=-5.80195×10^-7
C=-4.2735×10^-12

6. سنسور دمای Pt100
سنسور دمای Pt100 یک سنسور ترمیستور با ضریب دمایی مثبت است, و پارامترهای فنی اصلی آن به شرح زیر می باشد:
1) محدوده دمای اندازه گیری: -200℃ ~ +850 ℃;
2) مقدار انحراف مجاز Δ℃: درجه A ±(0.15+0.002|تی|), درجه B ±(0.30+0.005|تی|);
3) حداقل عمق درج: حداقل عمق درج مقاومت حرارتی ≥200 میلی متر است;
4) جریان مجاز: < 5mA;
5) سنسور دمای Pt100 همچنین دارای مزایای مقاومت در برابر لرزش است, ثبات خوب, دقت بالا, و فشار بالا. مقاومت حرارتی پلاتینیوم خطی خوبی دارد. هنگام تغییر بین 0 وت 100 درجه سانتیگراد, حداکثر انحراف غیر خطی کمتر از 0.5 ℃ است;
هنگامی که درجه حرارت < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
هنگامی که درجه حرارت ≥ 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
با توجه به رابطه فوق, محدوده مقاومت تقریبی است: 18Ω~390.3Ω, -197℃ 18 Ω است, 850Ω 390.3Ω است;
شرح:
Rt مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در t℃ است, R0 مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در 0 ℃ است, 100اوه
A=3.9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12
دفترچه راهنمای سنسور دمای فلز پلاتین PT100
6) طراحی مدار
7) رابطه بین دما و مقاومت PT100
دما و مقاومت PT100 معادله زیر را برآورده می کند:
هنگامی که درجه حرارت ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
هنگامی که درجه حرارت ≥0, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt = 0

جدول مقایسه دما و مقاومت PT100

شرح:
Rt مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در t℃ است, R0 مقدار مقاومت مقاومت پلاتین در 0 ℃ است, 100اوه
A=3.9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12

1. برای راحتی در محاسبه, زمانی که دما ≤0 باشد, اجازه دهید:
دو برابر a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4.2735/100000
دو برابر b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
دو برابر c= R0*B*100000=100*(-5.80195× 10^-7)*100000=-5.80195
دو برابر d = R0 * A * 100000 = 100 *(3.9082× 10^-3)*100000=39082
دو برابر e= (100-Rt)*100000
هنگامی که درجه حرارت ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
که در آن x3 محلول PT100 وقتی کمتر از 0 درجه است.

2. برای سهولت در محاسبه, زمانی که دما بزرگتر یا مساوی باشد 0
دو برابر = R0 * B * 100000 = 100 *(-5.80195× 10^-7)*100000=-5.80195
دو برابر b=R0*A*100000=100*(3.9082× 10^-3)*100000=39082
دو برابر c= (100-Rt)*100000
وقتی دما ≥0 باشد, a*t^2 + b*t + c=0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-شرح ] / 2 / بوها
19.785Ω برابر با -197 ℃ است, دمای نیتروژن مایع
18.486Ω مربوط به -200 ℃ است
96.085Ω برابر با -10 ℃ است
138.505Ω با 100 ℃ مطابقت دارد
175.845Ω مربوط به 200 ℃ است
247.045Ω با 400 ℃ مطابقت دارد