का तापमान अधिग्रहण 2, 3, और 4-तार PT100 तापमान सेंसर

लेख बताता है कि कैसे 2, 3, और 4-तार PT100 सेंसर प्रतिरोध परिवर्तनों के माध्यम से वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित हो जाते हैं, और सेंसर की सुरक्षा और सिग्नल रूपांतरण की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए एक निरंतर वर्तमान स्रोत का उपयोग किया जाता है. एक PT100 सेंसर अपने विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन को मापकर तापमान प्राप्त करता है, जो सीधे उसके संपर्क में आने वाले तापमान से संबंधित होता है; जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, सेंसर के भीतर प्लैटिनम तत्व का प्रतिरोध भी बढ़ जाता है, इस प्रतिरोध परिवर्तन के आधार पर तापमान की सटीक गणना की अनुमति मिलती है; अनिवार्य रूप से, the “100” PT100 में यह दर्शाया गया है कि सेंसर का प्रतिरोध है 100 0°C पर ओम, और यह मान तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ अनुमानित रूप से बदलता है. सर्किट डिजाइन में MCP604 ऑपरेशनल एम्पलीफायर का अनुप्रयोग इसकी विशेषताओं जैसे कम इनपुट ऑफसेट वोल्टेज और सटीकता पर बायस करंट के प्रभाव पर जोर देता है।. सर्किट डिज़ाइन में सटीकता में सुधार के लिए सॉफ़्टवेयर अंशांकन का उपयोग किया जाता है, शारीरिक समायोजन की असुविधा से बचना. अंत में, लेख तापमान और प्लैटिनम प्रतिरोध मान के बीच संबंध सूत्र देता है, जिसका उपयोग तापमान मान की गणना करने के लिए किया जाता है.

2-तार PT100 तापमान सेंसर का तापमान अधिग्रहण डिज़ाइन

चीन कस्टम 3-तार PT100 तापमान सेंसर का तापमान अधिग्रहण

4-तार PT100 तापमान सेंसर का तापमान अधिग्रहण

PT100 तापमान अधिग्रहण के बारे में मुख्य बिंदु:
प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (आरटीडी):
PT100 एक प्रकार का RTD है, मतलब यह अपने विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन का पता लगाकर तापमान को मापता है.
प्लैटिनम तत्व:
PT100 में सेंसिंग तत्व प्लैटिनम से बना है, जो प्रतिरोध और तापमान के बीच एक बहुत ही स्थिर और रैखिक संबंध प्रदर्शित करता है.
माप प्रक्रिया: सेंसर को उस वातावरण में रखा जाता है जहां तापमान मापने की आवश्यकता होती है.
प्लैटिनम तत्व का प्रतिरोध एक समर्पित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का उपयोग करके मापा जाता है.
मापा प्रतिरोध मान को प्लैटिनम के ज्ञात तापमान गुणांक के आधार पर गणितीय सूत्र का उपयोग करके तापमान में परिवर्तित किया जाता है.

PT100 सेंसर के लाभ:
उच्च सटीकता: प्लैटिनम के स्थिर व्यवहार के कारण इसे उपलब्ध सबसे सटीक तापमान सेंसरों में से एक माना जाता है.
विस्तृत तापमान सीमा:　सेंसर डिज़ाइन के आधार पर -200°C से 850°C तक तापमान माप सकता है.
अच्छी रैखिकता: प्रतिरोध और तापमान के बीच संबंध अपेक्षाकृत रैखिक है, डेटा व्याख्या को सरल बनाना.

महत्वपूर्ण विचार:
कैलिब्रेशन: सटीक माप सुनिश्चित करने के लिए, PT100 सेंसर को एक संदर्भ मानक के अनुसार नियमित रूप से कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होती है.
लीड तार प्रतिरोध: कनेक्टिंग तारों का प्रतिरोध माप सटीकता को प्रभावित कर सकता है, इसलिए लीड वायर मुआवजे पर उचित विचार अक्सर आवश्यक होता है.
अनुप्रयोग उपयुक्तता: जबकि अत्यधिक सटीक, PT100 सेंसर अत्यंत कठोर वातावरण या बहुत तेज़ प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं.

1. सिग्नल अधिग्रहण के बुनियादी सिद्धांत
PT100 तापमान संकेतों को प्रतिरोध आउटपुट में परिवर्तित करता है, और इसका प्रतिरोध मान से लेकर होता है 0 से 200Ω. AD कनवर्टर केवल वोल्टेज परिवर्तित कर सकता है और सीधे तापमान एकत्र नहीं कर सकता है. इसलिए, PT100 को बिजली देने और प्रतिरोध परिवर्तनों को वोल्टेज परिवर्तनों में परिवर्तित करने के लिए 1mA निरंतर वर्तमान स्रोत की आवश्यकता होती है. निरंतर चालू स्रोत का उपयोग करने का लाभ यह है कि यह सेंसर के जीवन को बढ़ा सकता है. चूँकि इनपुट सिग्नल रेंज है 0 से 200mV, विद्युत सिग्नल डेटा प्राप्त करने के लिए सिग्नल को प्रवर्धित करने और फिर AD को परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है.

निरंतर वोल्टेज स्रोत डिज़ाइन का उपयोग न करने के कारण:

यदि बिजली आपूर्ति के लिए एक स्थिर वोल्टेज स्रोत का उपयोग किया जाता है, और फिर रोकनेवाला और PT100 श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, और वोल्टेज विभाजित है, एक समस्या है. जब PT100 का प्रतिरोध बहुत छोटा हो, PT100 के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा बहुत बड़ी है, जिसके परिणामस्वरूप सेंसर का जीवन छोटा हो गया.

2. ऑप amp MCP604 का उपयोग करता है
एमसीपी604 विशेषताएं:
1) वोल्टेज रेंज 2.7~6.0V है
2) आउटपुट रेल-टू-रेल है
3) तापमान रेंज आपरेट करना: -40डिग्री सेल्सियस से +85 डिग्री सेल्सियस
4) इनपुट ऑफसेट वोल्टेज ±3mV है, सामान्य मान 1mV है, उच्च संवेदनशीलता.
5) इनपुट बायस करंट 1pA है, जब टीए = +85°C, मैं=20पीए, अधिग्रहण सटीकता में सुधार होता है.
6) रैखिक आउटपुट वोल्टेज स्विंग: वीएसएस+0.1 ~ वीडीडी–0.1, इकाई V है.

जब बिजली आपूर्ति वोल्टेज 3.3V है, रैखिक आउटपुट वोल्टेज स्विंग 0.1~3.2V है. यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रवर्धित सिग्नल रैखिक क्षेत्र में काम करता है, जब VDD=3.3V, हमने MCP604 आउटपुट वोल्टेज को चालू रहने के लिए सेट किया है: 0.5ऑप एम्प सर्किट डिज़ाइन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए V ~ 2.5V.

एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स बुक में ऑप एम्प एक आदर्श परिचालन एम्पलीफायर है, जो वास्तविक एम्प्लीफायर से भिन्न है. इसलिए, इस पर विचार करना आवश्यक है “निवेश समायोजन विद्युत संचालन शक्ति”, “इनपुट बायस करंट” और “रैखिक आउटपुट वोल्टेज स्विंग” डिज़ाइन करते समय.

3. सर्किट आरेख
चित्र में R11 संतृप्ति विरूपण से अंतर एम्पलीफायर आउटपुट के अंतिम चरण को रोकने के लिए एक पूर्वाग्रह सर्किट है.
1) आउटपुट त्रुटि को कम करने के लिए एक उपयुक्त प्रवर्धन कारक का चयन करें. इनपुट ऑफसेट वोल्टेज के अस्तित्व के कारण, जब प्रवर्धन कारक बढ़ता है, आउटपुट त्रुटि भी बढ़ जाएगी, जिसे डिज़ाइन में ध्यान में रखा जाना चाहिए.
2) इस सर्किट का प्रवर्धन कारक है 10. यह मानते हुए कि सामान्य इनपुट ऑफसेट वोल्टेज 3mV है, यदि इनपुट सिग्नल 5mV में बदल जाता है, 2एमवी प्रवर्धित नहीं किया जाएगा, जो 20mV की आउटपुट त्रुटि उत्पन्न करेगा.

MCP604 सर्किट आरेख का उपयोग करके PT100 तापमान डिटेक्टर ऑप amp

Vo4= (विन1 – Vref)*10
मैं=1एमए, Vref=Vo3=1.65V
1.7वी<=विन<=1.9V, 1.7वी<=V02<=1.9
1.8वी<=Vo1<=2V, सुनिश्चित करें कि ऑप amp रैखिक क्षेत्र में काम करता है, यह बहुत महत्वपूर्ण है
0.5वी<=Vo4<=2.5V, सुनिश्चित करें कि ऑप amp रैखिक क्षेत्र में काम करता है, यही कारण है कि श्रृंखला में 50Ω की आवश्यकता है.

जब इनपुट प्रतिरोध 1Ω से बदल जाता है, Vout 10mV में बदल जाता है. चूंकि MCP604 का इनपुट मुआवजा वोल्टेज ±3mV है, जब 0.3333Ω का परिवर्तन होता है, 3.333mV का परिवर्तन होगा, और अधिग्रहण संवेदनशीलता अधिक है.
जब 0<=रिन<=200Ω इनपुट, चूंकि लूप 50Ω के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, 50ओह<=आरएक्स<=250Ω
विन1 – वीआरएफ़ = आरएक्स*0.001, इकाई ए

4. सॉफ्टवेयर अंशांकन
नए इंजीनियर हमेशा प्रतिरोधों की सटीकता में सुधार करने का प्रयास करते हैं, लेकिन त्रुटि अभी भी बड़ी है. कुछ इंजीनियर बस लगातार समायोज्य प्रतिरोधकों का उपयोग करते हैं, उनके प्रतिरोध मूल्यों को समायोजित करें, और आउटपुट को ट्रांसफर संबंध के अनुरूप बनाने के लिए मल्टीमीटर का उपयोग करें. इस सटीकता में सुधार होता दिख रहा है, लेकिन यह उत्पादन के लिए सुविधाजनक नहीं है, और पीसीबी डिज़ाइन की कठिनाई भी बढ़ गई है. भले ही डिबगिंग हो गई हो, यदि समायोजन पेंच को हाथ से छुआ जाता है, इससे त्रुटियाँ हो सकती हैं. एकमात्र तरीका उत्पादन के लिए निश्चित प्रतिरोधों का उपयोग करना और सटीक अंशांकन प्राप्त करने में सहायता के लिए सॉफ़्टवेयर का उपयोग करना है.
1) जब रिन=0, वोल्टेज मान पढ़ें और इसे V50 के रूप में रिकॉर्ड करें. V50 सहेजें, यह PT100 प्रतिरोध मान के परिवर्तन के साथ नहीं बदलेगा क्योंकि यह एक निरंतर वर्तमान स्रोत द्वारा संचालित है.
2) नाममात्र अवरोधक कनेक्ट करें, मान लीजिए रु = 100Ω, वोल्टेज मान पढ़ें और इसे V150 के रूप में रिकॉर्ड करें. V150 सहेजें, तापमान होने पर वोल्टेज मान पढ़ा जाता है 0.
3) वर्तमान प्रवर्धन कारक की गणना करें: आयो = (वी150 – V50) / रुपये; मुझे बचाओ, इसका मतलब है कि अंशांकन हो गया है.
4) जब इनपुट प्रतिरोध R है, वोल्टेज रीड Vo है, फिर आर = (वो- V50) / आईओ
उपरोक्त विवरण के माध्यम से, सॉफ़्टवेयर अंशांकन के बड़े फायदे हैं, न केवल सुविधाजनक उत्पादन, लेकिन उच्च सटीकता भी. सटीकता में सुधार करने के लिए, आउटपुट वोल्टेज को कई अंतरालों में भी विभाजित किया जा सकता है, अलग से अंशांकन किया गया, और अलग-अलग Io प्राप्त किया जा सकता है, ताकि आउटपुट लीनियरिटी बेहतर हो. ये विचार मेरे डिज़ाइन में प्रतिबिंबित होते हैं.

ओपी एएमपी एमसीपी604 सर्किट डिजाइन

5. तापमान की गणना करें
जब तापमान इससे कम हो 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + आर0*ए*टी + आर0 – आरटी=0
जब तापमान इससे अधिक या उसके बराबर हो 0, आरटी=R0*(1+ए*टी+बी*टी*टी)
विवरण:
आरटी t℃ पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है
R0 0℃ 100Ω पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है
ए=3.9082×10^-3
बी=-5.80195×10^-7
सी=-4.2735×10^-12

6. पीटी100 तापमान सेंसर
Pt100 तापमान सेंसर एक सकारात्मक तापमान गुणांक थर्मिस्टर सेंसर है, और इसके मुख्य तकनीकी पैरामीटर इस प्रकार हैं:
1) माप तापमान रेंज: -200℃ ~ +850℃;
2) स्वीकार्य विचलन मान Δ℃: ग्रेड ए ±(0.15+0.002|टी|), ग्रेड बी ±(0.30+0.005|टी|);
3) न्यूनतम प्रविष्टि गहराई: थर्मल अवरोधक की न्यूनतम प्रविष्टि गहराई ≥200 मिमी है;
4) स्वीकार्य वर्तमान: < 5एमए;
5) Pt100 तापमान सेंसर में कंपन प्रतिरोध के फायदे भी हैं, अच्छी स्थिरता, उच्च सटीकता, और उच्च दबाव. प्लैटिनम थर्मल रेसिस्टर में अच्छी रैखिकता होती है. बीच में बदलते समय 0 और 100 डिग्री सेल्सियस, अधिकतम अरैखिक विचलन 0.5℃ से कम है;
जब तापमान < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + आर0*ए*टी + आर0 – आरटी=0
जब तापमान ≥ 0, आरटी=आर0*(1+ए*टी+बी*टी*टी)
उपरोक्त संबंध के अनुसार, अनुमानित प्रतिरोध सीमा है: 18Ω~390.3Ω, -197℃ 18Ω है, 850Ω 390.3Ω है;
विवरण:
आरटी t℃ पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है, R0 0℃ पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है, 100ओह
ए=3.9082×10^-3, बी=-5.80195×10^-7, सी=-4.2735×10^-12
PT100 प्लैटिनम धातु तापमान सेंसर निर्देश मैनुअल
6) सर्किट डिज़ाइन
7) PT100 तापमान और प्रतिरोध के बीच संबंध
PT100 तापमान और प्रतिरोध निम्नलिखित समीकरण को संतुष्ट करते हैं:
जब तापमान ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + आर0*ए*टी + आर0 – आरटी=0
जब तापमान ≥0, R0*B*t^2 + आर0*ए*टी + आर0 – आरटी =0

PT100 तापमान और प्रतिरोध तुलना तालिका

विवरण:
आरटी t℃ पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है, R0 0℃ पर प्लैटिनम अवरोधक का प्रतिरोध मान है, 100ओह
ए=3.9082×10^-3, बी=-5.80195×10^-7, सी=-4.2735×10^-12

1. गणना की सुविधा के लिए, जब तापमान ≤0 हो, होने देना:
दोगुना a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4.2735/100000
डबल बी=–100*आर0*सी*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
डबल सी = R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
डबल d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
डबल ई = (100-आर टी)*100000
जब तापमान ≤ 0, ए*टी^4 + बी*टी^3 + सी*टी^2 + डी*टी + ई=0
जहां x3 PT100 का समाधान है जब यह 0℃ से कम है.

2. गणना में आसानी के लिए, जब तापमान इससे अधिक या उसके बराबर हो 0
दोगुना a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
डबल b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
डबल सी = (100-आर टी)*100000
जब तापमान ≥0 हो, ए*टी^2 + बी*टी + सी =0
टी = [ एसक्यूआरटी( ब*ब – 4*ए*सी )-बी ] / 2 / ए
19.785Ω -197℃ से मेल खाता है, तरल नाइट्रोजन का तापमान
18.486Ω -200℃ से मेल खाता है
96.085Ω -10℃ से मेल खाता है
138.505Ω 100℃ से मेल खाता है
175.845Ω 200℃ से मेल खाता है
247.045Ω 400℃ से मेल खाता है