PT100 és PT1000 fém hőellenállás érzékelő szondák ellenállásai és áramkörei

A PT100 vagy PT1000 érzékelő szondák hőmérsékletmérő áramköre általában egy stabil áramforrásból áll, amely gerjeszti az érzékelőt, nagy pontosságú ellenállásmérő áramkör az ellenállás hőmérséklet hatására bekövetkező változásának érzékelésére, és egy analóg-digitális átalakítót (ADC) a mért feszültséget mikrokontrollerrel vagy adatgyűjtő rendszerrel feldolgozható digitális jellé alakítani; a legfontosabb különbség a PT100 és a PT1000 áramkörök között az ellenállásértékek skálája, mivel a Pt100 névleges ellenállása 100 ohm 0°C-on, míg a Pt1000-nél van 1000 ohm 0 ° C -on, gyakran a mérési áramkör beállítását igényli a kívánt pontosságtól és alkalmazástól függően.

A cikk bemutatja a PT100 és PT1000 fém hőellenállás érzékelő szondák ellenállásának változását különböző hőmérsékleteken, valamint különféle hőmérsékletmérő áramköri megoldások. Beleértve az ellenállási feszültségosztást, hídmérés, állandó áramforrás és AD623, AD620 adatgyűjtő áramkör. Annak érdekében, hogy ellenálljon a beavatkozásnak, különösen az elektromágneses interferencia a repülés területén, egy levegős PT1000 hőmérséklet-érzékelő gyűjtőáramkör kialakítása javasolt, beleértve a T-típusú szűrőt a szűréshez és a mérési pontosság javításához.
A CSDN által generált kivonat intelligens technológia segítségével

PT100 Hőmérsékletkábel-érzékelő a tartályokban lévő pontos hőmérsékletméréshez, tartályok és csövek

Hőmérséklet-érzékelő szonda T100 magas hőmérséklet -50-260 kábel

PT100 platina ellenállás hőmérséklet-érzékelő a távadó felületi hőmérsékletéhez

PT100/PT1000 hőmérsékletmérő áramköri megoldás
1. PT100 és PT1000 érzékelők hőmérséklet-ellenállás változási táblázata
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 platina ellenállású Pt100 érzékelőszondák hőmérséklet mérési tartománya -200～850 ℃, és a hőmérséklet mérési tartománya Pt500, Pt1000 érzékelő szondák, 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 kis mértékben változik (ábrán látható módon 1). Az ellenállás és a hőmérséklet közötti hozzávetőleges összefüggés lineáris illesztéssel határozható meg:

PT100 hőmérséklet-ellenállás változási táblázat 1

2. Általánosan használt adatgyűjtő áramköri megoldások

2. 1 Ellenállás feszültségosztó kimenet 0~3,3V/3V analóg feszültség egy chip AD port közvetlen gyűjtése
A hőmérsékletmérő áramkör kimeneti feszültsége 0-3,3 V, PT1000 (A PT1000 ellenállás értéke nagymértékben változik, és a hőmérséklet mérési érzékenysége nagyobb, mint PT100; A PT100 alkalmasabb nagy léptékű hőmérsékletmérésre).

A legegyszerűbb módszer a feszültségosztás módszere. A feszültséget a TL431 feszültségreferencia-forrás chip állítja elő, amely 4V feszültség referenciaforrás. Alternatív megoldásként, A REF3140 referenciaforrásként használható 4,096 V feszültség előállítására. A referenciaforrás chipek közé tartozik a REF3120 is, 3125, 3130, 3133, és 3140. A chip SOT-32 csomagot és 5 V-os bemeneti feszültséget használ. A kimeneti feszültség a kívánt referenciafeszültségnek megfelelően választható meg. Természetesen, a mikrokontroller AD portjának normál feszültség bemeneti tartománya szerint, nem haladhatja meg a 3V/3,3V-ot.

PT100 egylapkás AD port áramkör közvetlen adatgyűjtés

2.2 Ellenállás feszültségosztás kimenet 0~5V analóg feszültség, és a mikrokontroller AD portja közvetlenül gyűjti.
Természetesen, egyes áramköröket 5V-os mikrokontroller táplálja, és a PT1000 maximális üzemi árama 0,5 mA, így megfelelő ellenállásértéket kell alkalmazni az alkatrész normál működésének biztosítására.
Például, a fenti feszültségmegosztási vázlaton szereplő 3,3V helyett 5V. Ennek az az előnye, hogy az 5V-os feszültségosztás érzékenyebb, mint a 3,3V-os, és a gyűjtés pontosabb. Emlékezz, az elméleti számított kimeneti feszültség nem haladhatja meg a +5 V-ot. Egyébként, a mikrokontroller megsérül.

2.3 A leggyakrabban használt hídmérés

A PT100 feszültségosztó áramköre 0–5 V analóg feszültséget ad ki

Használjon R11-et, R12, R13 és Pt1000 mérési hidat alkotnak, ahol R11=R13=10k, R12=1000R precíziós ellenállás. 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, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

The principle of resistance measurement of this circuit:

1) PT1000 is a thermistor, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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 divider principle, we can find Uba = Ub – Ua > 0.
4) OP07 is an operational amplifier, and its voltage amplification factor 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, a feszültségosztó 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 meg kell keresnünk a táblázatot az ellenállás értékének megfelelően, hogy tudjuk az aktuális hőmérsékletet.

2.4 Állandó áramforrás
A hőellenállás önmelegítő hatása miatt, gondoskodni kell arról, hogy az ellenálláson átfolyó áram a lehető legkisebb legyen, és általában az áram várhatóan kevesebb, mint 10 mA. Igazoltuk, hogy a PT100 platina ellenállás önmelegedése 1 mW hőmérséklet-változást okoz 0.02 0,75 ℃-ig, így a PT100 platinaellenállás áramának csökkentése a hőmérsékletváltozást is csökkentheti. Viszont, ha az áram túl kicsi, érzékeny a zaj interferenciára, így általában véve a 0.5 hogy 2 mA, így az állandó áramforrás áramát 1 mA-es állandó áramforrásként választjuk ki.

A kiválasztott chip a TL431 állandó feszültségforrású chip, majd az aktuális negatív visszacsatolás segítségével állandó áramforrássá alakítják át. Az áramkör az ábrán látható:

Állandó áramforrás a PT100 ellenállás áramkör gyűjtési sémája

A CA3140 műveleti erősítő az áramforrás terhelhetőségének javítására szolgál, a kimeneti áram számítási képlete pedig az:
Illessze be ide a kép leírását 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:
Hőmérséklet stabilitás: Mivel a hőmérséklet mérési környezetünk 0-100 ℃, az áramforrás kimenete nem lehet érzékeny a hőmérsékletre. A TL431 pedig 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 100-138,5 mV 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 áramerősség változásának a terhelésváltás során kisebbnek kell lennie, mint 0,000278 mA. A tényleges szimulációban, a jelenlegi forrás lényegében változatlan marad.

3. AD623 adatgyűjtő áramköri megoldás
Az elv utalhat a fenti hídmérési elvre.
Alacsony hőmérsékletű felvétel:

Az AD620 a PT100 gyűjtőoldat magas hőmérsékletét méri (150°)

Magas hőmérsékletű felvétel
Illessze be ide a kép leírását

4. AD620 adatgyűjtő áramköri megoldás
AD620 PT100 gyűjtő megoldás magas hőmérséklethez (150°):

Az AD620 alacsony hőmérsékleten méri a PT100 gyűjtőoldatot (-40°)

AD620 PT100 gyűjtő megoldás alacsony hőmérsékletre (-40°):

Az AD620 szobahőmérsékleten méri a PT100 mérési sémát (20°)

AD620 PT100 gyűjtő oldat szobahőmérsékletre (20°):

PT100 érzékelő magas hőmérséklet gyűjtő áramkör

5. PT100 és PT1000 érzékelők interferencia-szűrő elemzése
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 által okozott nagyfrekvenciás zavarok.

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. Bizonyos erős elektromágneses interferencia környezetekben, az interferencia DC kimeneti eltolási hibává alakulhat, miután a műszererősítő kijavította., befolyásolja a mérési pontosságot.

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

AD623 adatgyűjtő áramköri séma PT100 érzékelőhöz

A gyűjtőkör legkülső végén egy szűrő van beállítva. A PT1000 adatgyűjtési előfeldolgozó áramkör alkalmas a levegőben lévő elektronikus berendezések interfészeinek elektromágneses interferencia elleni előfeldolgozására; az adott áramkör az:
A +15V bemeneti feszültség feszültségszabályozón keresztül +5V-os nagy pontosságú feszültségforrássá alakul. A +5 V-os nagy pontosságú feszültségforrás közvetlenül az R1 ellenálláshoz csatlakozik, az R1 ellenállás másik vége pedig két útra van osztva. Az egyik a műveleti erősítő bemeneti végéhez csatlakozik, a másik pedig az S1 T típusú szűrőn keresztül a PT1000 ellenállás A végére csatlakozik. 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 az R4 ellenálláson keresztül, mint a D differenciálfeszültség bemenet, 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 differenciálfeszültség bemenet, 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. 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 fázisbemenetére csatlakozik, a másik pedig a PT1000 ellenállás A végéhez csatlakozik az S1 T típusú szűrőn keresztül. 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. Az RFI szűrő befejezi a bemeneti jel aluláteresztő szűrését, és a kiszűrt 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:

Aerospace airborne PT1000 adatgyűjtő áramkör

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, M±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.

3-vezeték B osztályú magas ipari hőmérséklet szabályozó PT100 platina hőellenállás hőmérséklet érzékelő

K-E típusú nyomórugós hőelem, pt100 hőmérséklet érzékelő szonda

Nagy pontosságú PT100 hőmérséklet-érzékelő transzformátor hőmérséklet mérésére

5.2 T-típusú szűrő
Illessze be ide a kép leírását
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.