Otpornici i krugovi PT100 i PT1000 sondi senzora metalnog toplinskog otpornika

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 oma na 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, tanks and pipes

Sonda senzora temperature T100 kabel za visoke temperature -50～260

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

Rješenje kruga za prikupljanje temperature PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Metalni toplinski otpornici poput nikla, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Platina ima najstabilnija fizikalna i kemijska svojstva i najviše se koristi. Raspon mjerenja temperature najčešće korištenih otpornih platinskih sondi senzora Pt100 je -200～850 ℃, i rasponima mjerenja temperature od Pt500, Pt1000 senzorske sonde, itd. sukcesivno se smanjuju. Pt1000, raspon mjerenja temperature je -200～420℃. Prema međunarodnom standardu IEC751, temperaturne karakteristike platinastog otpornika Pt1000 zadovoljavaju sljedeće zahtjeve:

Krivulja temperaturne karakteristike Pt1000

Prema krivulji temperaturne karakteristike Pt1000, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (Kao što je prikazano na slici 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 tablica promjene temperaturne otpornosti 1

2. Često korištena rješenja sklopova za prikupljanje podataka

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Raspon izlaznog napona kruga za mjerenje temperature je 0~3,3 V, PT1000 (Vrijednost otpora PT1000 značajno se mijenja, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 je prikladniji za mjerenje temperature u velikim razmjerima).

Najjednostavniji način je korištenje metode podjele napona. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternativno, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, i 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Izlazni napon se može odabrati prema potrebnom referentnom naponu. Naravno, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, ne smije prijeći 3V/3,3V.

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.
Naravno, 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.
Na primjer, 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. Zapamtite, teoretski izračunati izlazni napon ne smije prijeći +5V. Inače, the microcontroller will be damaged.

2.3 Najčešće korišteno mjerenje mosta

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, gdje je R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Kada vrijednost otpora Pt1000 nije jednaka vrijednosti otpora R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Ovaj signal razlike napona pojačan je krugom pojačala instrumenta i daje željeni signal napona, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Princip mjerenja otpora ovog kruga:

1) PT1000 je termistor, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

2) Na 0 stupnjeva, otpor PT1000 je 1kΩ, tada su Ub i Ua jednaki, to jest, Uba = Ub – Učini = 0.
3) Uz pretpostavku da pri određenoj temperaturi, otpor PT1000 je 1,5 kΩ, tada Ub i Ua nisu jednaki. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – učiniti > 0.
4) OP07 je operacijsko pojačalo, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, gdje je A = R2/R1 = 17.5.
5) Izlazni napon Uo OP07 = Uba * A. Dakle, ako koristimo voltmetar za mjerenje izlaznog napona OP07, možemo zaključiti vrijednost Uab. Budući da je Ua poznata vrijednost, možemo dalje izračunati vrijednost Ub. Zatim, using the voltage divider principle, možemo izračunati vrijednost specifičnog otpora PT1000. Ovaj se proces može postići softverskim proračunom.
6) Ako znamo vrijednost otpora PT1000 na bilo kojoj temperaturi, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Izvor stalne struje
Zbog učinka samozagrijavanja toplinskog otpornika, 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. Potvrđeno je da samozagrijavanje platinastog otpornika PT100 od 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. Međutim, ako je struja premala, osjetljiv je na smetnje buke, so it is generally taken at 0.5 do 2 mA, tako da je struja izvora konstantne struje odabrana kao izvor konstantne struje od 1mA.

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. Krug je prikazan na slici:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, a formula za izračun izlazne struje je:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% precizni otpornik. Konačna izlazna struja je 0,996mA, to jest, točnost je 0.4%.
Krug izvora stalne struje treba imati sljedeće karakteristike:
Temperaturna stabilnost: Budući da je naše okruženje za mjerenje temperature 0-100 ℃, izlaz izvora struje ne bi trebao biti osjetljiv na temperaturu. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Dobra regulacija opterećenja: Ako je valovitost struje prevelika, uzrokovat će pogreške u čitanju. Prema teoretskoj analizi. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, a raspon mjerenja temperature je 0-100 ℃, točnost mjerenja temperature je ±1 stupanj Celzija, tako da bi se izlazni napon trebao promijeniti za 38,5/100=0,385mV za svaki porast temperature okoline od 1 ℃. Kako bi se osiguralo da trenutna fluktuacija ne utječe na točnost, uzeti u obzir najekstremniji slučaj, na 100 Celzijevih stupnjeva, vrijednost otpora PT100 trebala bi biti 138,5R. Tada bi valovitost struje trebala biti manja od 0,385/138,5=0,000278mA, to jest, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. U stvarnoj simulaciji, izvor struje ostaje u osnovi nepromijenjen.

3. AD623 rješenje sklopa za akviziciju
Princip se može odnositi na gornji princip mjerenja mosta.
Stjecanje niskih temperatura:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Stjecanje visoke temperature
Insert picture description here

4. AD620 rješenje sklopa za akviziciju
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150°):

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

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

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

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

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
Akvizicija temperature u nekom kompleksu, oštra ili posebna okruženja bit će podložna velikim smetnjama, uglavnom uključujući EMI i REI. Na primjer, u primjeni mjerenja temperature motora, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

Također postoji veliki broj scenarija kontrole temperature unutar zrakoplovnih i svemirskih vozila, koji mjere i upravljaju elektroenergetskim sustavom i sustavom upravljanja okolišem. Srž kontrole temperature je mjerenje temperature. Budući da se otpor termistora može mijenjati linearno s temperaturom, korištenje otpora platine za mjerenje temperature učinkovita je metoda mjerenja temperature visoke preciznosti. Glavni problemi su sljedeći:
1. Otpor na provodnoj žici se lako uvodi, čime se utječe na točnost mjerenja senzora;
2. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, utječu na točnost mjerenja.

5.1 Aerospace airborne PT1000 sklop za prikupljanje
Pogledajte dizajn sklopa za prikupljanje PT1000 u zraku za anti-elektromagnetske smetnje u određenom zrakoplovstvu.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Filtar je postavljen na krajnjem vanjskom kraju kruga za prikupljanje. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
Ulazni napon od +15 V pretvara se u izvor napona visoke preciznosti od +5 V preko regulatora napona. 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. Izlaz operacijskog pojačala spojen je na invertirajući ulaz kako bi se formirao sljedbenik napona, a invertirajući ulaz spojen je na priključak za uzemljenje regulatora napona kako bi se osiguralo da je napon na infaznom ulazu uvijek nula. Nakon prolaska kroz S2 filter, jedan kraj A otpornika PT1000 podijeljen je u dvije staze, one through resistor R4 as the differential voltage input D, a jedan kroz otpornik R2 na AGND. Nakon prolaska kroz S3 filter, drugi kraj B otpornika PT1000 podijeljen je u dvije staze, one through resistor R5 as the differential voltage input E, a jedan kroz otpornik R3 na AGND. D i E su spojeni preko kondenzatora C3, D je spojen na AGND preko kondenzatora C1, a E je spojen na AGND preko kondenzatora C2. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

Ulazni napon od +15 V pretvara se u izvor napona visoke preciznosti od +5 V preko regulatora napona. +5V je izravno spojen na R1. Drugi kraj R1 je podijeljen na dvije staze, jedan spojen na in-fazni ulaz operativnog pojačala, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. Izlaz operacijskog pojačala spojen je na invertirajući ulaz kako bi se formirao sljedbenik napona, a invertirajući ulaz spojen je na priključak za uzemljenje regulatora napona kako bi se osiguralo da je napon na invertirajućem ulazu uvijek nula. U ovom trenutku, struja koja teče kroz R1 je konstantna 0,5 mA. Regulator napona koristi AD586TQ/883B, a operativno pojačalo koristi OP467A.

Nakon prolaska kroz S2 filter, jedan kraj A otpornika PT1000 podijeljen je u dvije staze, jedan kroz otpornik R4 kao ulazni kraj diferencijalnog napona D, a jedan kroz otpornik R2 na AGND. Nakon prolaska kroz S3 filter, drugi kraj B otpornika PT1000 podijeljen je u dvije staze, jedan kroz otpornik R5 kao ulazni kraj diferencijalnog napona E, a jedan kroz otpornik R3 na AGND. D i E su spojeni preko kondenzatora C3, D je spojen na AGND preko kondenzatora C1, a E je spojen na AGND preko kondenzatora C2.
Otpor R4 i R5 je 4,02 k ohma, otpor R1 i R2 je 1M ohma, kapacitet C1 i C2 je 1000pF, a kapacitet C3 je 0,047uF. R4, R5, C1, C2, i C3 zajedno tvore mrežu RFI filtera. 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. Izračun granične frekvencije od -3dB za smetnje zajedničkog načina rada i smetnje diferencijalnog načina rada koje nosi ulazni signal prikazan je u formuli:

Aerospace airborne PT1000 sklop za prikupljanje

Zamjena vrijednosti otpora u izračun, granična frekvencija zajedničkog načina rada je 40 kHz, a granična frekvencija diferencijalnog načina je 2,6 KHZ.
Krajnja točka B spojena je na AGND preko S4 filtra. Među njima, svi terminali za uzemljenje filtera od S1 do S4 spojeni su na zaštitno uzemljenje zrakoplova. Budući da je struja koja teče kroz PT1000 poznatih 0,05 mA, točna vrijednost otpora PT1000 može se izračunati mjerenjem diferencijalnog napona na oba kraja D i E.
S1 do S4 koriste filtre tipa T, model GTL2012X‑103T801, with a cutoff frequency of M±20%. Ovaj sklop uvodi niskopropusne filtre u linije vanjskog sučelja i izvodi RFI filtriranje na diferencijalnom naponu. Kao krug predprocesiranja za PT1000, učinkovito eliminira smetnje elektromagnetskog i RFI zračenja, što uvelike poboljšava pouzdanost prikupljenih vrijednosti. Uz to, napon se izravno mjeri s oba kraja otpornika PT1000, uklanjanje pogreške uzrokovane otporom elektrode i poboljšanje točnosti vrijednosti otpora.

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 Filter tipa T
Insert picture description here
Filtar tipa T sastoji se od dva induktora i kondenzatora. Oba njegova kraja imaju visoku impedanciju, a njegova učinkovitost unesenih gubitaka slična je onoj filtra tipa π, ali nije sklono “zvonjenje” a mogu se koristiti u sklopnim krugovima.