Otpornici i krugovi PT100 i PT1000 sondi senzora metalnog toplinskog otpornika

Krug za prikupljanje temperature za sondu senzora PT100 ili PT1000 obično se sastoji od stabilnog izvora struje za pobuđivanje senzora, krug za mjerenje otpora visoke preciznosti za otkrivanje promjene otpora s temperaturom, i analogno-digitalni pretvarač (ADC) za pretvaranje izmjerenog napona u digitalni signal koji se može obraditi pomoću mikrokontrolera ili sustava za prikupljanje podataka; ključna razlika između kruga PT100 i PT1000 je skala vrijednosti otpora jer Pt100 ima nominalni otpor od 100 oma na 0°C dok Pt1000 ima 1000 oma na 0°C, često zahtijevaju prilagodbe u mjernom krugu ovisno o željenoj točnosti i primjeni.

Članak uvodi promjenu otpora PT100 i PT1000 sondi senzora metalnog toplinskog otpornika pri različitim temperaturama, kao i razna rješenja sklopova za mjerenje temperature. Uključujući podjelu napona otpora, mjerenje mosta, izvor stalne struje i AD623, AD620 sklop za prikupljanje. Kako bi se oduprli smetnjama, posebno elektromagnetske smetnje u području zrakoplovstva, predložen je dizajn sklopa za prikupljanje senzora temperature PT1000 u zraku, uključujući filtar tipa T za filtriranje i poboljšanje točnosti mjerenja.
Sažetak generirao CSDN putem inteligentne tehnologije

PT100 Temperaturni kabelski senzor za precizno mjerenje temperature u spremnicima, spremnici i cijevi

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

PT100 platinski otporni temperaturni senzor za površinsku temperaturu transmitera

Rješenje kruga za prikupljanje temperature PT100/PT1000
1. Tablica promjene temperaturne otpornosti senzora PT100 i PT1000
Metalni toplinski otpornici poput nikla, bakreni i platinski otpornici imaju pozitivnu korelaciju s promjenom 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, nagib karakteristične krivulje otpora lagano se mijenja unutar normalnog radnog temperaturnog područja (Kao što je prikazano na slici 1). Približan odnos između otpora i temperature može se dobiti linearnim uklapanjem:

PT100 tablica promjene temperaturne otpornosti 1

2. Često korištena rješenja sklopova za prikupljanje podataka

2. 1 Izlaz djelitelja napona otpornika 0~3,3 V/3 V analogni napon s jednim čipom AD priključak izravno prikupljanje
Raspon izlaznog napona kruga za mjerenje temperature je 0~3,3 V, PT1000 (Vrijednost otpora PT1000 značajno se mijenja, a osjetljivost mjerenja temperature veća od PT100; PT100 je prikladniji za mjerenje temperature u velikim razmjerima).

Najjednostavniji način je korištenje metode podjele napona. Napon generira čip izvora referentnog napona TL431, koji je referentni izvor napona od 4V. Alternativno, REF3140 se može koristiti za generiranje 4,096 V kao referentni izvor. Referentni izvorni čipovi također uključuju REF3120, 3125, 3130, 3133, i 3140. Čip koristi SOT-32 paket i 5V ulaznog napona. Izlazni napon se može odabrati prema potrebnom referentnom naponu. Naravno, prema normalnom rasponu ulaznog napona AD porta mikrokontrolera, ne smije prijeći 3V/3,3V.

PT100 jednočipni krug AD priključka izravno prikupljanje

2.2 Otpornički naponski izlaz 0~5V analogni napon, a AD priključak mikrokontrolera ga izravno prikuplja.
Naravno, neke sklopove napaja 5V mikrokontroler, a najveća radna struja PT1000 je 0,5 mA, pa se mora koristiti odgovarajuća vrijednost otpora kako bi se osigurao normalan rad komponente.
Na primjer, 3,3 V u gornjem shematskom dijagramu podjele napona zamijenjeno je s 5 V. Prednost ovoga je što je podjela napona od 5V osjetljivija od napona od 3,3V, a zbirka je točnija. Zapamtite, teoretski izračunati izlazni napon ne smije prijeći +5V. Inače, mikrokontroler će se oštetiti.

2.3 Najčešće korišteno mjerenje mosta

Krug razdjelnika napona PT100 daje analogni napon od 0~5V

Koristite R11, R12, R13 i Pt1000 za formiranje mjernog mosta, gdje je R11=R13=10k, R12=1000R precizni otpornik. Kada vrijednost otpora Pt1000 nije jednaka vrijednosti otpora R12, most će emitirati mV signal razlike napona. Ovaj signal razlike napona pojačan je krugom pojačala instrumenta i daje željeni signal napona, koji se može izravno spojiti na AD pretvorbeni čip ili AD priključak mikrokontrolera.

Princip mjerenja otpora ovog kruga:

1) PT1000 je termistor, a njegov se otpor mijenja u osnovi linearno s promjenom 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. Prema principu djelitelja napona, možemo naći Uba = Ub – učiniti > 0.
4) OP07 je operacijsko pojačalo, a njegov faktor pojačanja napona A ovisi o vanjskom strujnom krugu, 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, pomoću principa djelitelja napona, možemo izračunati vrijednost specifičnog otpora PT1000. Ovaj se proces može postići softverskim proračunom.
6) Ako znamo vrijednost otpora PT1000 na bilo kojoj temperaturi, samo trebamo potražiti tablicu prema vrijednosti otpora da bismo znali trenutnu temperaturu.

2.4 Izvor stalne struje
Zbog učinka samozagrijavanja toplinskog otpornika, potrebno je osigurati da struja koja teče kroz otpornik bude što manja, i općenito se očekuje da će struja biti manja od 10 mA. Potvrđeno je da samozagrijavanje platinastog otpornika PT100 od 1 mW će uzrokovati promjenu temperature od 0.02 do 0,75 ℃, tako da smanjenje struje platinastog otpornika PT100 također može smanjiti njegovu promjenu temperature. Međutim, ako je struja premala, osjetljiv je na smetnje buke, pa se općenito uzima na 0.5 do 2 mA, tako da je struja izvora konstantne struje odabrana kao izvor konstantne struje od 1mA.

Odabrani čip je čip izvora konstantnog napona TL431, a zatim se strujna negativna povratna sprega koristi za pretvaranje u stalni izvor struje. Krug je prikazan na slici:

Shema akvizicije kruga izvora konstantne struje otpornika PT100

Operacijsko pojačalo CA3140 koristi se za poboljšanje nosivosti izvora struje, a formula za izračun izlazne struje je:
Ovdje umetnite opis slike. Otpornik bi trebao biti 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. A TL431 ima izuzetno nizak temperaturni koeficijent i mali temperaturni pomak.

Dobra regulacija opterećenja: Ako je valovitost struje prevelika, uzrokovat će pogreške u čitanju. Prema teoretskoj analizi. Budući da ulazni napon varira između 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, promjena struje tijekom promjene opterećenja trebala bi biti manja od 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 mjeri visoku temperaturu otopine za prikupljanje PT100 (150°)

Stjecanje visoke temperature
Ovdje unesite opis slike

4. AD620 rješenje sklopa za akviziciju
AD620 PT100 rješenje za prikupljanje za visoke temperature (150°):

AD620 mjeri otopinu za prikupljanje PT100 na niskoj temperaturi (-40°)

AD620 PT100 rješenje za prikupljanje za niske temperature (-40°):

AD620 mjeri PT100 shemu akvizicije na sobnoj temperaturi (20°)

AD620 PT100 rješenje za prikupljanje za sobnu temperaturu (20°):

Krug za prikupljanje visoke temperature senzora PT100

5. Analiza filtriranja protiv smetnji senzora PT100 i PT1000
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, visokofrekventne smetnje uzrokovane upravljanjem motora i velikom brzinom vrtnje motora.

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. U određenim okruženjima s jakim elektromagnetskim smetnjama, smetnje se mogu pretvoriti u pogrešku pomaka istosmjernog izlaza nakon što ih ispravi instrumentalno pojačalo, 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 shema akvizicijskog kruga za PT100 senzor

Filtar je postavljen na krajnjem vanjskom kraju kruga za prikupljanje. PT1000 krug predprocesiranja akvizicije prikladan je za predprocesiranje sučelja elektroničke opreme u zraku protiv elektromagnetskih smetnji; specifični sklop je:
Ulazni napon od +15 V pretvara se u izvor napona visoke preciznosti od +5 V preko regulatora napona. Izvor napona visoke preciznosti +5 V izravno je spojen na otpornik R1, a drugi kraj otpornika R1 dijeli se na dvije staze. Jedan je spojen na infazni ulazni kraj operacijskog pojačala, a drugi je spojen na kraj otpornika PT1000 A preko T-tipa filtra 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, jedan kroz otpornik R4 kao ulaz 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 ulaz 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. Precizna vrijednost otpora PT1000 može se izračunati mjerenjem diferencijalnog napona na D i 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, a drugi spojen na A kraj otpornika PT1000 kroz T-filtar 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. RFI filter dovršava niskopropusno filtriranje ulaznog signala, a filtrirani objekti uključuju smetnje diferencijalnog načina rada i smetnje zajedničkog načina rada koje se prenose u ulaznom diferencijalnom signalu. 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, s graničnom frekvencijom od 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-žičana klasa B visoka industrijska kontrola temperature PT100 senzor temperature toplinskog otpornika od platine

Termopar tlačne opruge tipa K-E, pt100 sonda senzora temperature

Senzor temperature PT100 visoke preciznosti za mjerenje temperature transformatora

5.2 Filter tipa T
Ovdje unesite opis slike
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.