PT100/PT1000 तापमान अधिग्रहण सर्किट समाधान

1. PT100 और PT1000 तापमान प्रतिरोध परिवर्तन तालिका
निकल जैसे धातु तापीय प्रतिरोधक, तांबे और प्लैटिनम प्रतिरोधकों का तापमान के साथ प्रतिरोध में परिवर्तन के साथ सकारात्मक संबंध होता है. प्लैटिनम में सबसे स्थिर भौतिक और रासायनिक गुण हैं और इसका सबसे अधिक उपयोग किया जाता है. आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले प्लैटिनम रेसिस्टर Pt100 की तापमान माप सीमा -200 ~ 850 ℃ है. इसके अलावा, Pt500 की तापमान माप सीमा, पीटी1000, वगैरह. क्रमशः कम होते जा रहे हैं. पीटी1000, तापमान माप सीमा -200 ~ 420 ℃. IEC751 अंतर्राष्ट्रीय मानक के अनुसार, प्लैटिनम अवरोधक Pt1000 की तापमान विशेषताएँ निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करती हैं:

पीटी1000 तापमान विशेषता वक्र

Pt1000 तापमान विशेषता वक्र के अनुसार, प्रतिरोध विशेषता वक्र का ढलान सामान्य ऑपरेटिंग तापमान सीमा के भीतर थोड़ा बदलता है (जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 1). रैखिक फिटिंग के माध्यम से, प्रतिरोध और तापमान के बीच अनुमानित संबंध है:

1.1 PT100 तापमान प्रतिरोध परिवर्तन तालिका

PT100 तापमान प्रतिरोध परिवर्तन तालिका

1.2 PT1000 तापमान प्रतिरोध परिवर्तन तालिका

PT1000 तापमान प्रतिरोध परिवर्तन तालिका

2. आम तौर पर प्रयुक्त अधिग्रहण सर्किट समाधान

2.1 रेसिस्टर वोल्टेज डिवीजन आउटपुट 0~3.3V/3V एनालॉग वोल्टेज

सिंगल-चिप एडी पोर्ट प्रत्यक्ष अधिग्रहण
तापमान माप सर्किट वोल्टेज आउटपुट रेंज 0~3.3V है, पीटी1000 (PT1000 प्रतिरोध मान में बहुत परिवर्तन होता है, तापमान माप संवेदनशीलता PT100 से अधिक है; बड़े पैमाने पर तापमान माप के लिए PT100 अधिक उपयुक्त है).

रेसिस्टर वोल्टेज डिवाइडर 0~3.3V 3V एनालॉग वोल्टेज आउटपुट करता है

सबसे सरल तरीका वोल्टेज विभाजन विधि का उपयोग करना है. वोल्टेज TL431 वोल्टेज संदर्भ स्रोत चिप द्वारा उत्पन्न वोल्टेज संदर्भ स्रोत 4V है, या REF3140 का उपयोग संदर्भ स्रोत के रूप में 4.096V उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है. संदर्भ स्रोत चिप्स में REF3120 भी शामिल है, 3125, 3130, 3133, और 3140. चिप SOT-32 पैकेज और 5V इनपुट वोल्टेज का उपयोग करती है. आउटपुट वोल्टेज को आवश्यक संदर्भ वोल्टेज के अनुसार चुना जा सकता है. बिल्कुल, MCU AD पोर्ट की सामान्य वोल्टेज इनपुट रेंज के अनुसार, यह 3V/3.3V से अधिक नहीं हो सकता.

2.2 रेसिस्टर वोल्टेज डिवीजन आउटपुट 0~5V एनालॉग वोल्टेज MCU AD पोर्ट डायरेक्ट अधिग्रहण.
बिल्कुल, कुछ सर्किट 5V MCU बिजली आपूर्ति का उपयोग करते हैं, और PT1000 का अधिकतम ऑपरेटिंग करंट 0.5mA है, इसलिए घटकों के सामान्य संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उचित प्रतिरोध मान का उपयोग किया जाना चाहिए.
उदाहरण के लिए, उपरोक्त वोल्टेज डिवीजन योजनाबद्ध आरेख में 3.3V को 5V से बदल दिया गया है. इसका लाभ यह है कि 5V वोल्टेज डिवीजन 3.3V से अधिक संवेदनशील है, और अधिग्रहण अधिक सटीक है. याद करना, सैद्धांतिक गणना आउटपुट वोल्टेज +5V से अधिक नहीं हो सकती. अन्यथा, इससे एमसीयू को नुकसान होगा.

2.3 सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला पुल माप
आर11, आर12, मापने वाले पुल को बनाने के लिए R13 और Pt1000 का उपयोग किया जाता है, जहां R11=R13=10k, R12=1000R परिशुद्धता प्रतिरोधक. जब Pt1000 का प्रतिरोध मान R12 के प्रतिरोध मान के बराबर नहीं है, ब्रिज एक एमवी-स्तरीय वोल्टेज अंतर सिग्नल आउटपुट करेगा. यह वोल्टेज अंतर सिग्नल उपकरण एम्पलीफायर सर्किट द्वारा प्रवर्धित किया जाता है और वांछित वोल्टेज सिग्नल आउटपुट करता है. यह सिग्नल सीधे AD रूपांतरण चिप या माइक्रोकंट्रोलर के AD पोर्ट से जोड़ा जा सकता है.

आर11, आर12, माप पुल बनाने के लिए R13 और Pt1000 का उपयोग किया जाता है

इस सर्किट के प्रतिरोध माप का सिद्धांत:
1) PT1000 एक थर्मिस्टर है. जैसे ही तापमान बदलता है, प्रतिरोध मूलतः रैखिक रूप से बदलता है.
2) पर 0 डिग्री, PT1000 का प्रतिरोध 1kΩ है, तो उब और उआ बराबर हैं, वह है, उबा = उब – करो = 0.
3) यह मानते हुए कि एक निश्चित तापमान पर, PT1000 का प्रतिरोध 1.5kΩ है, तो उब और उआ बराबर नहीं हैं. वोल्टेज विभाजन सिद्धांत के अनुसार, हम यह पता लगा सकते हैं कि उबा = उब – करना > 0.
4) OP07 एक परिचालन प्रवर्धक है, और इसका वोल्टेज लाभ ए बाहरी सर्किट पर निर्भर करता है, जहां A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07 का आउटपुट वोल्टेज Uo = Uba * ए. इसलिए यदि हम OP07 के आउटपुट वोल्टेज को मापने के लिए वोल्टमीटर का उपयोग करते हैं, हम यूएबी के मूल्य का अनुमान लगा सकते हैं. चूँकि Ua एक ज्ञात मान है, हम आगे यूबी के मूल्य की गणना कर सकते हैं. तब, वोल्टेज विभाजन सिद्धांत का उपयोग करना, हम PT1000 के विशिष्ट प्रतिरोध मान की गणना कर सकते हैं. यह प्रक्रिया सॉफ्टवेयर गणना के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है.
6) यदि हम किसी भी तापमान पर PT1000 का प्रतिरोध मान जानते हैं, वर्तमान तापमान जानने के लिए हमें केवल प्रतिरोध मान के आधार पर तालिका को देखने की आवश्यकता है.

2.4 निरंतर चालू स्रोत
थर्मल अवरोधक के स्व-हीटिंग प्रभाव के कारण, अवरोधक के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा यथासंभव छोटी होनी चाहिए. आम तौर पर, करंट 10mA से कम होने की उम्मीद है. यह सत्यापित किया गया है कि प्लैटिनम अवरोधक PT100 का स्व-हीटिंग 1 mW के कारण तापमान में 0.02-0.75℃ का परिवर्तन होगा. इसलिए, प्लैटिनम रेसिस्टर PT100 की धारा को कम करने से इसके तापमान परिवर्तन को भी कम किया जा सकता है. तथापि, यदि धारा बहुत छोटी है, यह शोर हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील है, तो मूल्य आम तौर पर है 0.5-2 एमए, इसलिए स्थिर धारा स्रोत धारा को 1mA स्थिर धारा स्रोत के रूप में चुना जाता है.

चिप को निरंतर वोल्टेज स्रोत चिप TL431 के रूप में चुना गया है, और फिर वर्तमान नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करके एक निरंतर वर्तमान स्रोत में परिवर्तित कर दिया गया. सर्किट को चित्र में दिखाया गया है

उनमें से, परिचालन एम्पलीफायर CA3140 का उपयोग वर्तमान स्रोत की भार क्षमता में सुधार के लिए किया जाता है, और आउटपुट करंट के लिए गणना सूत्र है:

अवरोधक एक होना चाहिए 0.1% परिशुद्धता अवरोधक. अंतिम आउटपुट करंट 0.996mA है, वह है, सटीकता है 0.4%.

निरंतर धारा स्रोत सर्किट में निम्नलिखित विशेषताएं होनी चाहिए

निरंतर वोल्टेज स्रोत चिप TL431 का चयन करें

तापमान स्थिरता: चूँकि हमारा तापमान माप वातावरण 0-100℃ है, वर्तमान स्रोत का आउटपुट तापमान के प्रति संवेदनशील नहीं होना चाहिए. टीएल431 में बेहद कम तापमान गुणांक और कम तापमान बहाव है.

अच्छा भार विनियमन: यदि वर्तमान तरंग बहुत बड़ी है, इससे पढ़ने में त्रुटियाँ होंगी. सैद्धांतिक विश्लेषण के अनुसार, चूंकि इनपुट वोल्टेज 100-138.5mV के बीच भिन्न होता है, और तापमान माप सीमा 0-100℃ है, तापमान माप सटीकता ±1 डिग्री सेल्सियस है, इसलिए परिवेश के तापमान में प्रत्येक 1℃ वृद्धि के लिए आउटपुट वोल्टेज 38.5/100=0.385mV तक बदलना चाहिए. यह सुनिश्चित करने के लिए कि वर्तमान उतार-चढ़ाव सटीकता को प्रभावित नहीं करता है, सबसे चरम मामले पर विचार करें, पर 100 डिग्री सेल्सियस, PT100 का प्रतिरोध मान 138.5R होना चाहिए. तब वर्तमान तरंग 0.385/138.5=0.000278mA से कम होनी चाहिए, वह है, लोड परिवर्तन के दौरान वर्तमान परिवर्तन 0.000278mA से कम होना चाहिए. वास्तविक अनुकरण में, वर्तमान स्रोत मूलतः अपरिवर्तित रहता है.
3. AD623 अधिग्रहण सर्किट समाधान

AD623 अधिग्रहण PT1000 सर्किट समाधान

सिद्धांत उपरोक्त पुल माप सिद्धांत को संदर्भित कर सकता है.
कम तापमान का अधिग्रहण:

उच्च तापमान अधिग्रहण

4. AD620 अधिग्रहण सर्किट समाधान

AD620 PT100 अधिग्रहण समाधान

AD620 PT100 अधिग्रहण समाधान उच्च तापमान (150°):

AD620 PT100 अधिग्रहण समाधान कम तापमान (-40°):

AD620 PT100 अधिग्रहण समाधान कमरे का तापमान (20°):

5. PT100 और PT1000 विरोधी हस्तक्षेप फ़िल्टरिंग विश्लेषण

कुछ परिसर में तापमान अधिग्रहण, कठोर या विशेष वातावरण बड़े हस्तक्षेप के अधीन होंगे, मुख्य रूप से ईएमआई और आरईआई शामिल हैं.

उदाहरण के लिए, मोटर तापमान अधिग्रहण के अनुप्रयोग में, मोटर नियंत्रण और मोटर की उच्च गति से घूमने से उच्च-आवृत्ति गड़बड़ी होती है.

विमानन और एयरोस्पेस वाहनों के अंदर बड़ी संख्या में तापमान नियंत्रण परिदृश्य भी हैं, जो बिजली व्यवस्था और पर्यावरण नियंत्रण प्रणाली को मापते हैं और नियंत्रित करते हैं. तापमान नियंत्रण का मूल तापमान माप है. चूँकि थर्मिस्टर का प्रतिरोध तापमान के साथ रैखिक रूप से बदल सकता है, तापमान मापने के लिए प्लैटिनम प्रतिरोध का उपयोग करना एक प्रभावी उच्च-परिशुद्धता तापमान माप विधि है. मुख्य समस्याएँ इस प्रकार हैं:
1. लीड तार पर प्रतिरोध आसानी से पेश किया जाता है, इस प्रकार सेंसर की माप सटीकता प्रभावित होती है;
2. कुछ मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप वातावरण में, उपकरण एम्पलीफायर द्वारा सुधार के बाद हस्तक्षेप को डीसी आउटपुट में परिवर्तित किया जा सकता है
ऑफसेट त्रुटि, माप सटीकता को प्रभावित करना.
5.1 एयरोस्पेस एयरबोर्न PT1000 अधिग्रहण सर्किट

एयरोस्पेस एयरबोर्न PT1000 अधिग्रहण सर्किट

एक निश्चित विमानन में विद्युत-चुंबकीय हस्तक्षेप के लिए एयरबोर्न PT1000 अधिग्रहण सर्किट के डिजाइन का संदर्भ लें.

अधिग्रहण सर्किट के सबसे बाहरी छोर पर एक फ़िल्टर स्थापित किया गया है. PT1000 अधिग्रहण प्रीप्रोसेसिंग सर्किट एयरबोर्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरण इंटरफ़ेस के एंटी-इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप प्रीप्रोसेसिंग के लिए उपयुक्त है;
विशिष्ट सर्किट है:
+15V इनपुट वोल्टेज को वोल्टेज नियामक के माध्यम से +5V उच्च-परिशुद्धता वोल्टेज स्रोत में परिवर्तित किया जाता है, और +5V उच्च परिशुद्धता वोल्टेज स्रोत सीधे अवरोधक R1 से जुड़ा है.
रोकनेवाला R1 का दूसरा सिरा दो पथों में विभाजित है, एक ऑप एम्प के इन-फ़ेज़ इनपुट से जुड़ा है, और दूसरा टी-टाइप फिल्टर एस1 के माध्यम से पीटी1000 रोकनेवाला ए से जुड़ा हुआ है. ऑप एम्प का आउटपुट वोल्टेज फॉलोअर बनाने के लिए इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा होता है, और इनवर्टिंग इनपुट को वोल्टेज रेगुलेटर के ग्राउंड पोर्ट से जोड़ा जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि इन-फेज इनपुट पर वोल्टेज हमेशा शून्य हो. S2 फ़िल्टर से गुजरने के बाद, PT1000 रोकनेवाला का एक सिरा A दो पथों में विभाजित है, एक पथ का उपयोग प्रतिरोधक R4 के माध्यम से विभेदक वोल्टेज इनपुट टर्मिनल D के रूप में किया जाता है, और दूसरा पथ प्रतिरोधक R2 के माध्यम से AGND से जुड़ा है. S3 फ़िल्टर से गुजरने के बाद, PT1000 रोकनेवाला का दूसरा सिरा B दो पथों में विभाजित है, एक पथ का उपयोग अवरोधक R5 के माध्यम से विभेदक वोल्टेज इनपुट टर्मिनल E के रूप में किया जाता है, और दूसरा पथ प्रतिरोधक R3 के माध्यम से AGND से जुड़ा है. D और E संधारित्र C3 के माध्यम से जुड़े हुए हैं, D कैपेसिटर C1 के माध्यम से AGND से जुड़ा है, और E कैपेसिटर C2 के माध्यम से AGND से जुड़ा है; पीटी1000 के सटीक प्रतिरोध मान की गणना डी और ई के बीच अंतर वोल्टेज को मापकर की जा सकती है.

+15V इनपुट वोल्टेज को वोल्टेज नियामक के माध्यम से +5V उच्च-परिशुद्धता वोल्टेज स्रोत में परिवर्तित किया जाता है. +5V सीधे R1 से जुड़ा है. R1 का दूसरा सिरा दो पथों में विभाजित है, एक ऑप एम्प के इन-फ़ेज़ इनपुट टर्मिनल से जुड़ा है, और दूसरा टी-टाइप फ़िल्टर S1 के माध्यम से PT1000 रेसिस्टर A से जुड़ा है. ऑप एम्प का आउटपुट वोल्टेज फॉलोअर बनाने के लिए इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा होता है, और इनवर्टिंग इनपुट को वोल्टेज रेगुलेटर के ग्राउंड पोर्ट से जोड़ा जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज हमेशा शून्य हो. इस समय, R1 से प्रवाहित होने वाली धारा 0.5mA स्थिरांक है. वोल्टेज नियामक AD586TQ/883B का उपयोग करता है, और ऑप amp OP467A का उपयोग करता है.

S2 फ़िल्टर से गुजरने के बाद, PT1000 रोकनेवाला का एक सिरा A दो पथों में विभाजित है, अंतर वोल्टेज इनपुट अंत डी के रूप में रोकनेवाला आर 4 के माध्यम से एक, और एक अवरोधक R2 से AGND तक; S3 फ़िल्टर से गुजरने के बाद, PT1000 रोकनेवाला का दूसरा सिरा B दो पथों में विभाजित है, एक रोकनेवाला R5 के माध्यम से अंतर वोल्टेज इनपुट अंत E के रूप में, और एक अवरोधक R3 से AGND तक. D और E संधारित्र C3 के माध्यम से जुड़े हुए हैं, D कैपेसिटर C1 के माध्यम से AGND से जुड़ा है, और E कैपेसिटर C2 के माध्यम से AGND से जुड़ा है.
R4 और R5 का प्रतिरोध 4.02k ओम है, R1 और R2 का प्रतिरोध 1M ओम है, C1 और C2 की धारिता 1000pF है, और C3 की धारिता 0.047uF है. आर4, आर5, सी 1, सी2, और C3 मिलकर एक RFI फ़िल्टर नेटवर्क बनाते हैं, जो इनपुट सिग्नल की लो-पास फ़िल्टरिंग को पूरा करता है, और फ़िल्टर की जाने वाली वस्तुओं में इनपुट डिफरेंशियल सिग्नल में किए गए डिफरेंशियल मोड इंटरफेरेंस और सामान्य मोड इंटरफेरेंस शामिल हैं. इनपुट सिग्नल में किए गए सामान्य मोड हस्तक्षेप और अंतर मोड हस्तक्षेप की -3dB कटऑफ आवृत्ति की गणना सूत्र में दिखाई गई है:

गणना में प्रतिरोध मान को प्रतिस्थापित करना, सामान्य मोड कटऑफ आवृत्ति 40kHZ है, और अंतर मोड कटऑफ आवृत्ति 2.6KHZ है.
अंतिम बिंदु B, S4 फ़िल्टर के माध्यम से AGND से जुड़ा है. उनमें से, S1 से S4 तक फ़िल्टर ग्राउंड टर्मिनल सभी विमान परिरक्षण ग्राउंड से जुड़े हुए हैं. चूँकि PT1000 से प्रवाहित धारा ज्ञात 0.05mA है, PT1000 के सटीक प्रतिरोध मान की गणना D और E के दोनों सिरों पर अंतर वोल्टेज को मापकर की जा सकती है.
S1 से S4 T-प्रकार फ़िल्टर का उपयोग करते हैं, मॉडल GTL2012X‑103T801, 1M±20% की कटऑफ आवृत्ति के साथ. यह सर्किट बाहरी इंटरफ़ेस लाइनों में कम-पास फ़िल्टर पेश करता है और अंतर वोल्टेज पर आरएफआई फ़िल्टरिंग करता है. PT1000 के लिए प्रीप्रोसेसिंग सर्किट के रूप में, यह विद्युत चुम्बकीय और आरएफआई विकिरण हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से समाप्त करता है, जो एकत्रित मूल्यों की विश्वसनीयता में काफी सुधार करता है. इसके अलावा, वोल्टेज को सीधे PT1000 रोकनेवाला के दोनों सिरों से मापा जाता है, सीसा प्रतिरोध के कारण होने वाली त्रुटि को दूर करना और प्रतिरोध मान की सटीकता में सुधार करना.

5.2 टी-प्रकार फ़िल्टर
टी-टाइप फिल्टर में दो इंडक्टर्स और कैपेसिटर होते हैं. इसके दोनों सिरों पर उच्च प्रतिबाधा है, और इसका सम्मिलन हानि प्रदर्शन π-प्रकार फ़िल्टर के समान है, लेकिन इसकी संभावना नहीं है “बज” और इसका उपयोग स्विचिंग सर्किट में किया जा सकता है.