PT100/PT1000 hőmérsékletmérő áramköri megoldás

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Fém hőellenállások, például nikkel, A réz és platina ellenállások pozitív korrelációt mutatnak a hőmérséklet változásával. A platina rendelkezik a legstabilabb fizikai és kémiai tulajdonságokkal, és a legszélesebb körben használják. Az általánosan használt Pt100 platina ellenállás hőmérséklet mérési tartománya -200～850 ℃. Ezen kívül, a hőmérséklet mérési tartománya Pt500, PT1000, stb. egymás után csökkennek. PT1000, hőmérséklet mérési tartomány -200～420 ℃. Az IEC751 nemzetközi szabvány szerint, a Pt1000 platina ellenállás hőmérsékleti jellemzői megfelelnek a következő követelményeknek:

Pt1000 hőmérséklet jelleggörbe

A Pt1000 hőmérsékleti jelleggörbe szerint, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (ábrán látható módon 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 PT100 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat

PT100 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Általánosan használt adatgyűjtő áramköri megoldások

2.1 Resistor voltage division output 0~3.3V/3V analog voltage

Single-chip AD port direct acquisition
A hőmérsékletmérő áramkör kimeneti feszültsége 0-3,3 V, PT1000 (A PT1000 ellenállás értéke nagymértékben változik, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; A PT100 alkalmasabb nagy léptékű hőmérsékletmérésre).

Resistor voltage divider outputs 0~3.3V 3V analog voltage

A legegyszerűbb módszer a feszültségosztás módszere. The voltage is the voltage reference source 4V generated by the TL431 voltage reference source chip, or REF3140 can be used to generate 4.096V as the reference source. The reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, és 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. A kimeneti feszültség a kívánt referenciafeszültségnek megfelelően választható meg. Természetesen, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, nem haladhatja meg a 3V/3,3V-ot.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
Természetesen, some circuits use 5V MCU power supply, and the maximum operating current of PT1000 is 0.5mA, so appropriate resistance value should be used to ensure the normal operation of the components.
Például, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced with 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than 3.3V, and the acquisition is more accurate. Emlékezz, az elméleti számított kimeneti feszültség nem haladhatja meg a +5 V-ot. Egyébként, it will cause damage to the MCU.

2.3 A leggyakrabban használt hídmérés
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, ahol R11=R13=10k, R12=1000R precision resistors. Ha a Pt1000 ellenállás értéke nem egyenlő az R12 ellenállásértékével, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Ezt a feszültségkülönbség-jelet a műszererősítő áramköre felerősíti, és a kívánt feszültségjelet adja ki. This signal can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measurement bridge

The principle of resistance measurement of this circuit:
1) PT1000 is a thermistor. Ahogy a hőmérséklet változik, the resistance changes basically linearly.
2) At 0 fokon, the resistance of PT1000 is 1kΩ, then Ub and Ua are equal, vagyis, Uba = Ub – Ua = 0.
3) Assuming that at a certain temperature, the resistance of PT1000 is 1.5kΩ, then Ub and Ua are not equal. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – Ua > 0.
4) OP07 is an operational amplifier, and its voltage gain A depends on the external circuit, where A = R2/R1 = 17.5.
5) The output voltage Uo of OP07 = Uba * A. So if we use a voltmeter to measure the output voltage of OP07, we can infer the value of Uab. Since Ua is a known value, tovább számolhatjuk az Ub értékét. Majd, using the voltage division principle, kiszámíthatjuk a PT1000 fajlagos ellenállás értékét. Ez a folyamat szoftveres számítással valósítható meg.
6) Ha ismerjük a PT1000 ellenállás értékét bármilyen hőmérsékleten, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Állandó áramforrás
A hőellenállás önmelegítő hatása miatt, the current flowing through the resistor should be as small as possible. Általában, the current is expected to be less than 10mA. Igazoltuk, hogy a PT100 platina ellenállás önmelegedése 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Ezért, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Viszont, ha az áram túl kicsi, érzékeny a zaj interferenciára, so the value is generally 0.5-2 mA, így az állandó áramforrás áramát 1 mA-es állandó áramforrásként választjuk ki.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Az áramkör az ábrán látható

Köztük, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, a kimeneti áram számítási képlete pedig az:

The resistor should be a 0.1% precíziós ellenállás. A végső kimeneti áram 0,996 mA, vagyis, a pontosság az 0.4%.

Az állandó áramforrás áramkörének a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie

Select the constant voltage source chip TL431

Hőmérséklet stabilitás: Mivel a hőmérséklet mérési környezetünk 0-100 ℃, az áramforrás kimenete nem lehet érzékeny a hőmérsékletre. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Jó terhelésszabályozás: Ha az áram hullámzása túl nagy, olvasási hibákat fog okozni. Az elméleti elemzés szerint, since the input voltage varies between 100-138.5mV, és a hőmérséklet mérési tartománya 0-100 ℃, a hőmérséklet mérési pontossága ±1 Celsius fok, így a kimeneti feszültségnek 38,5/100=0,385 mV-kal kell változnia a környezeti hőmérséklet minden 1°C-os növekedésével. Annak érdekében, hogy az áramingadozás ne befolyásolja a pontosságot, vegyük a legszélsőségesebb esetet, at 100 Celsius fok, a PT100 ellenállásértéke 138,5R legyen. Ekkor az áram hullámosságának kisebbnek kell lennie, mint 0,385/138,5=0,000278 mA, vagyis, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. A tényleges szimulációban, a jelenlegi forrás lényegében változatlan marad.
3. AD623 adatgyűjtő áramköri megoldás

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Az elv utalhat a fenti hídmérési elvre.
Alacsony hőmérsékletű felvétel:

Magas hőmérsékletű felvétel

4. AD620 adatgyűjtő áramköri megoldás

AD620 PT100 acquisition solution

AD620 PT100 acquisition solution high temperature (150°):

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

AD620 PT100 acquisition solution room temperature (20°):

5. PT100 and PT1000 anti-interference filtering analysis

Hőmérséklet felvétel valamilyen komplexumban, zord vagy különleges környezetek nagy interferenciának vannak kitéve, elsősorban az EMI-t és a REI-t tartalmazza.

Például, motorhőmérséklet mérés alkalmazásában, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Számos hőmérséklet-szabályozási forgatókönyv létezik a légi és űrjárműveken belül is, amelyek mérik és vezérlik az energiarendszert és a környezetirányítási rendszert. A hőmérsékletszabályozás lényege a hőmérsékletmérés. Mivel a termisztor ellenállása a hőmérséklettel lineárisan változhat, A platina ellenállás használata a hőmérséklet mérésére hatékony, nagy pontosságú hőmérsékletmérési módszer. A fő problémák a következők:
1. A vezetéken lévő ellenállás könnyen bevezethető, így befolyásolja az érzékelő mérési pontosságát;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, befolyásolja a mérési pontosságot.
5.1 Aerospace airborne PT1000 adatgyűjtő áramkör

Aerospace airborne PT1000 adatgyűjtő áramkör

Nézze meg a levegőben lévő PT1000 adatgyűjtő áramkör kialakítását az elektromágneses interferencia elleni küzdelemhez bizonyos repülésekben.

A gyűjtőkör legkülső végén egy szűrő van beállítva. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
A +15V bemeneti feszültség feszültségszabályozón keresztül +5V-os nagy pontosságú feszültségforrássá alakul, and the +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1.
The other end of the resistor R1 is divided into two paths, az egyik a műveleti erősítő fázisbemenetére csatlakozik, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. A műveleti erősítő kimenete az invertáló bemenetre csatlakozik, hogy feszültségkövetőt képezzen, és az invertáló bemenet a feszültségszabályozó testportjához csatlakozik, hogy biztosítsa, hogy a fázisban lévő bemenet feszültsége mindig nulla. Miután áthaladt az S2 szűrőn, A PT1000 ellenállás egyik A vége két útra van osztva, one path is used as the differential voltage input terminal D through resistor R4, and the other path is connected to AGND through resistor R2. Miután áthaladt az S3 szűrőn, a PT1000 ellenállás másik vége B két útra van osztva, one path is used as the differential voltage input terminal E through resistor R5, and the other path is connected to AGND through resistor R3. D és E a C3 kondenzátoron keresztül csatlakozik, D a C1 kondenzátoron keresztül csatlakozik az AGND-hez, és E csatlakozik az AGND-hez a C2 kondenzátoron keresztül; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

A +15V bemeneti feszültség feszültségszabályozón keresztül +5V-os nagy pontosságú feszültségforrássá alakul. A +5V közvetlenül csatlakozik az R1-hez. Az R1 másik vége két útra oszlik, one is connected to the in-phase input terminal of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A through the T-type filter S1. A műveleti erősítő kimenete az invertáló bemenetre csatlakozik, hogy feszültségkövetőt képezzen, és az invertáló bemenet a feszültségszabályozó testportjához csatlakozik, hogy biztosítsa, hogy az invertáló bemenet feszültsége mindig nulla. Ebben az időben, az R1-en átfolyó áram állandó 0,5 mA. A feszültségszabályozó AD586TQ/883B-t használ, a műveleti erősítő pedig OP467A-t használ.

Miután áthaladt az S2 szűrőn, A PT1000 ellenállás egyik A vége két útra van osztva, egy az R4 ellenálláson keresztül, mint a D differenciálfeszültség bemeneti vége, és egy az R2 ellenálláson keresztül az AGND-hez; after passing through the S3 filter, a PT1000 ellenállás másik vége B két útra van osztva, egy az R5 ellenálláson keresztül, mint az E különbségi feszültség bemeneti vége, és egy az R3 ellenálláson keresztül az AGND-hez. D és E a C3 kondenzátoron keresztül csatlakozik, D a C1 kondenzátoron keresztül csatlakozik az AGND-hez, és E csatlakozik az AGND-hez a C2 kondenzátoron keresztül.
Az R4 és R5 ellenállása 4,02 k ohm, R1 és R2 ellenállása 1M ohm, a C1 és C2 kapacitása 1000pF, a C3 kapacitása pedig 0,047uF. R4, R5, C1, C2, és a C3 együtt egy RFI szűrőhálózatot alkotnak, which completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects to be filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. A bemeneti jelben hordozott közös módú interferencia és differenciális módú interferencia -3 dB vágási frekvenciájának kiszámítása a képletben látható:

Az ellenállás érték behelyettesítése a számításba, a közös módú vágási frekvencia 40 kHz, és a differenciál üzemmód vágási frekvenciája 2,6 KHZ.
A B végpont az S4 szűrőn keresztül csatlakozik az AGND-hez. Köztük, az S1-től S4-ig terjedő szűrőföldelési kapcsok mindegyike a repülőgép árnyékoló földeléséhez van kötve. Mivel a PT1000-en átfolyó áram ismert 0,05 mA, a PT1000 pontos ellenállásértéke kiszámítható a feszültségkülönbség mérésével a D és az E mindkét végén.
Az S1-től S4-ig T-típusú szűrőket használnak, GTL2012X-103T801 modell, with a cutoff frequency of 1M±20%. Ez az áramkör aluláteresztő szűrőket vezet be a külső interfész vonalakon, és RFI szűrést hajt végre a differenciálfeszültségen. A PT1000 előfeldolgozó áramköreként, hatékonyan kiküszöböli az elektromágneses és RFI sugárzási interferenciát, ami nagymértékben javítja az összegyűjtött értékek megbízhatóságát. Ezen kívül, a feszültséget közvetlenül a PT1000 ellenállás mindkét végéről mérik, az ólomellenállás okozta hiba kiküszöbölése és az ellenállásérték pontosságának javítása.

5.2 T-típusú szűrő
A T-típusú szűrő két induktorból és kondenzátorból áll. Mindkét vége nagy impedanciájú, beillesztési vesztesége pedig hasonló a π típusú szűrőéhez, de nem hajlamos arra “csengetés” és kapcsolóáramkörökben használhatók.