PT100/PT1000 hőmérsékletmérő áramköri megoldás

1. PT100 és PT1000 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat
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, az ellenállási jelleggörbe meredeksége a normál üzemi hőmérsékleti tartományon belül alig változik (ábrán látható módon 1). Lineáris illesztésen keresztül, az ellenállás és a hőmérséklet hozzávetőleges kapcsolata az:

1.1 PT100 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat

PT100 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat

1.2 PT1000 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat

PT1000 hőmérsékleti ellenállás változási táblázat

2. Általánosan használt adatgyűjtő áramköri megoldások

2.1 Az ellenállás feszültségosztási kimenete 0 ~ 3,3 V/3 V analóg feszültség

Egychipes AD port közvetlen beszerzése
A hőmérsékletmérő áramkör kimeneti feszültsége 0-3,3 V, PT1000 (A PT1000 ellenállás értéke nagymértékben változik, a hőmérséklet mérési érzékenysége nagyobb, mint a PT100; A PT100 alkalmasabb nagy léptékű hőmérsékletmérésre).

Az ellenállás feszültségosztó kimenete 0 ~ 3,3 V 3 V analóg feszültség

A legegyszerűbb módszer a feszültségosztás módszere. A feszültség a TL431 feszültség referenciaforrás chip által generált 4V feszültség referenciaforrás, vagy REF3140 használható referenciaforrásként 4,096 V generálására. A referenciaforrás chipek közé tartozik a REF3120 is, 3125, 3130, 3133, és 3140. A chip SOT-32 csomagot és 5 V bemeneti feszültséget használ. A kimeneti feszültség a kívánt referenciafeszültségnek megfelelően választható meg. Természetesen, az MCU AD port normál feszültség bemeneti tartományának megfelelően, nem haladhatja meg a 3V/3,3V-ot.

2.2 Ellenállás feszültségosztás kimenet 0~5V analóg feszültség MCU AD port közvetlen gyűjtése.
Természetesen, egyes áramkörök 5 V-os MCU tápegységet használnak, és a PT1000 maximális üzemi árama 0,5 mA, így megfelelő ellenállásértéket kell alkalmazni az alkatrészek normál működésének biztosítására.
Például, a fenti feszültségmegosztási vázlaton szereplő 3,3 V-ot 5 V-ra cseréljük. Ennek az az előnye, hogy az 5V-os feszültségosztás érzékenyebb, mint a 3,3V, és a gyűjtés pontosabb. Emlékezz, az elméleti számított kimeneti feszültség nem haladhatja meg a +5 V-ot. Egyébként, kárt okoz az MCU-ban.

2.3 A leggyakrabban használt hídmérés
R11, R12, Az R13 és a Pt1000 egy mérőhíd kialakítására szolgál, ahol R11=R13=10k, R12=1000R precíziós ellenállások. Ha a Pt1000 ellenállás értéke nem egyenlő az R12 ellenállásértékével, a híd mV szintű feszültségkülönbség jelet ad ki. Ezt a feszültségkülönbség-jelet a műszererősítő áramköre felerősíti, és a kívánt feszültségjelet adja ki. Ez a jel közvetlenül csatlakoztatható az AD átalakító chiphez vagy a mikrokontroller AD portjához.

R11, R12, Az R13 és a Pt1000 mérési híd kialakítására szolgál

Ennek az áramkörnek az ellenállásmérésének elve:
1) A PT1000 egy termisztor. Ahogy a hőmérséklet változik, az ellenállás alapvetően lineárisan változik.
2) at 0 fokon, a PT1000 ellenállása 1kΩ, akkor Ub és Ua egyenlő, vagyis, Uba = Ub – Tedd = 0.
3) Feltéve, hogy egy bizonyos hőmérsékleten, a PT1000 ellenállása 1,5 kΩ, akkor Ub és Ua nem egyenlő. A feszültségosztás elve szerint, megtudhatjuk, hogy Uba = Ub – Tedd > 0.
4) Az OP07 egy műveleti erősítő, A feszültségerősítése pedig a külső áramkörtől függ, ahol A = R2/R1 = 17.5.
5) Az OP07 Uo kimeneti feszültsége = Uba * A. Tehát ha voltmérővel mérjük az OP07 kimeneti feszültségét, következtethetünk az Uab értékére. Mivel Ua ismert érték, tovább számolhatjuk az Ub értékét. Majd, a feszültségosztás elvét alkalmazva, kiszámíthatjuk a PT1000 fajlagos ellenállás értékét. Ez a folyamat szoftveres számítással valósítható meg.
6) Ha ismerjük a PT1000 ellenállás értékét bármilyen hőmérsékleten, csak az ellenállásérték alapján kell kikeresnünk a táblázatot, hogy tudjuk az aktuális hőmérsékletet.

2.4 Állandó áramforrás
A hőellenállás önmelegítő hatása miatt, az ellenálláson átfolyó áram a lehető legkisebb legyen. Általában, az áramerősség várhatóan kevesebb, mint 10mA. Igazoltuk, hogy a PT100 platina ellenállás önmelegedése 1 mW 0,02-0,75 ℃ hőmérsékletváltozást okoz. Ezért, a PT100 platinaellenállás áramának csökkentése a hőmérsékletváltozást is csökkentheti. Viszont, ha az áram túl kicsi, érzékeny a zaj interferenciára, tehát az érték általában 0.5-2 mA, így az állandó áramforrás áramát 1 mA-es állandó áramforrásként választjuk ki.

A chip a TL431 állandó feszültségforrás chipként van kiválasztva, majd az áram negatív visszacsatolása segítségével állandó áramforrássá alakítjuk. Az áramkör az ábrán látható

Köztük, a CA3140 műveleti erősítő az áramforrás terhelhetőségének javítására szolgál, a kimeneti áram számítási képlete pedig az:

Az ellenállás legyen 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

Válassza ki a TL431 állandó feszültségű forrás chipet

Hőmérséklet stabilitás: Mivel a hőmérséklet mérési környezetünk 0-100 ℃, az áramforrás kimenete nem lehet érzékeny a hőmérsékletre. A TL431 rendkívül alacsony hőmérsékleti együtthatóval és alacsony hőmérséklet-drifttel rendelkezik.

Jó terhelésszabályozás: Ha az áram hullámzása túl nagy, olvasási hibákat fog okozni. Az elméleti elemzés szerint, mivel a bemeneti feszültség 100-138,5mV között változik, 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, az áramváltozásnak a terhelésváltás során kisebbnek kell lennie, mint 0,000278 mA. A tényleges szimulációban, a jelenlegi forrás lényegében változatlan marad.
3. AD623 adatgyűjtő áramköri megoldás

AD623 gyűjtő PT1000 áramköri megoldás

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

Magas hőmérsékletű felvétel

4. AD620 adatgyűjtő áramköri megoldás

AD620 PT100 adatgyűjtési megoldás

AD620 PT100 gyűjtő oldat magas hőmérsékleten (150°):

AD620 PT100 gyűjtőoldat alacsony hőmérsékleten (-40°):

AD620 PT100 gyűjtőoldat szobahőmérsékleten (20°):

5. PT100 és PT1000 interferencia-szűrő elemzés

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, a motorvezérlés és a motor nagy sebességű forgása nagyfrekvenciás zavarokat okoz.

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. Néhány erős elektromágneses interferencia környezetben, az interferencia egyenáramú kimenetté alakítható a műszererősítő általi egyenirányítás után
Offset hiba, 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. A PT1000 adatgyűjtési előfeldolgozó áramkör alkalmas a levegőben lévő elektronikus berendezések interfészének elektromágneses interferencia elleni előfeldolgozására;
A konkrét áramkör az:
A +15V bemeneti feszültség feszültségszabályozón keresztül +5V-os nagy pontosságú feszültségforrássá alakul, a +5V-os nagy pontosságú feszültségforrás pedig közvetlenül az R1 ellenállásra csatlakozik.
Az R1 ellenállás másik vége két útra van osztva, az egyik a műveleti erősítő fázisbemenetére csatlakozik, a másik pedig az S1 T típusú szűrőn keresztül csatlakozik a PT1000 ellenállás A végéhez. 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, egy útvonalat használnak a differenciálfeszültség bemeneti D kapcsaként az R4 ellenálláson keresztül, a másik út pedig az R2 ellenálláson keresztül csatlakozik az AGND-hez. Miután áthaladt az S3 szűrőn, a PT1000 ellenállás másik vége B két útra van osztva, az egyik útvonalat használjuk a differenciálfeszültség bemeneti E kapcsaként az R5 ellenálláson keresztül, a másik út pedig az R3 ellenálláson keresztül csatlakozik 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; a PT1000 pontos ellenállásértéke kiszámítható a D és E közötti feszültségkülönbség mérésével.

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, az egyik a műveleti erősítő in-phase bemeneti csatlakozójához csatlakozik, a másik pedig az S1 T-típusú szűrőn keresztül a PT1000 A ellenállásra csatlakozik. 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; miután áthaladt az S3 szűrőn, 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, amely befejezi a bemeneti jel aluláteresztő szűrését, és a kiszűrendő objektumok közé tartozik a differenciális módusú interferencia és a bemeneti differenciáljelben hordozott közös módusú interferencia. 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, 1M±20% vágási frekvenciával. 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.