Hőmérséklet felvétele 2, 3, és 4 vezetékes PT100 hőmérséklet-érzékelők

A cikk bemutatja, hogyan 2, 3, és a 4 vezetékes PT100 érzékelőket feszültségjelekké alakítják ellenállásváltozások révén, és egy állandó áramforrást használnak az érzékelő védelmére és a jelkonverzió pontosságának biztosítására. A PT100 érzékelő a hőmérsékletet az elektromos ellenállás változásának megmérésével szerzi meg, amely közvetlenül korrelál a kitett hőmérsékleten; Ahogy a hőmérséklet növekszik, A platina elem ellenállása az érzékelőn belül is növekszik, A hőmérséklet pontos kiszámításának lehetővé tétele ezen ellenállásváltozás alapján; lényegében, a “100” A PT100 -ban azt jelzi, hogy az érzékelő ellenállása van 100 ohm 0 ° C -on, És ez az érték kiszámíthatóan megváltozik a hőmérsékleti ingadozásokkal. Az MCP604 operatív erősítő alkalmazása az áramköri tervezésben hangsúlyozza jellemzőinek, például az alacsony bemeneti ofszet feszültségének és az elfogultsági áramnak a pontosságra gyakorolt ​​hatását. A szoftver kalibrálását az áramköri tervezés pontosságának javítására használják, A fizikai beállítás kellemetlenségének elkerülése. Végül, A cikk megadja a hőmérsékleti és a platina -ellenállás értékének kapcsolat képletét, amelyet a hőmérsékleti érték kiszámításához használnak.

Hőmérséklet-beszerzési terv 2 vezetékes PT100 hőmérséklet-érzékelő

Hőmérséklet-beszerzés Kína egyedi 3 vezetékes PT100 hőmérséklet-érzékelő

4 vezetékes PT100 hőmérséklet-érzékelő hőmérséklet mérése

Kulcsfontosságú pontok a PT100 hőmérséklet megszerzéséről:
Ellenállási hőmérséklet érzékelő (RTD):
A PT100 egyfajta RTD, azaz azt jelenti, hogy a hőmérsékletet az elektromos ellenállás változásainak észlelésével méri.
Platina elem:
A PT100 érzékelő eleme platinából készül, amely nagyon stabil és lineáris kapcsolatot mutat az ellenállás és a hőmérséklet között.
Mérési folyamat: Az érzékelőt a környezetbe helyezik, ahol a hőmérsékletet meg kell mérni.
A platina elem ellenállását dedikált elektronikus áramkörrel mérik.
A mért ellenállási értéket ezután hőmérsékletre konvertáljuk egy matematikai képlet felhasználásával, az ismert platina hőmérsékleti együtthatója alapján.

A PT100 érzékelők előnyei:
Nagy pontosságú: Az egyik legpontosabb hőmérsékleti érzékelőnek tekintik a platina stabil viselkedése miatt.
Széles hőmérsékleti tartomány:　Az érzékelő kialakításától függően -200 ° C és 850 ° C közötti hőmérsékletet képes mérni.
Jó linearitás: Az ellenállás és a hőmérséklet közötti kapcsolat viszonylag lineáris, Az adatok értelmezésének egyszerűsítése.

Fontos megfontolások:
Kalibráció: A pontos mérések biztosítása érdekében, A PT100 érzékelőket rendszeresen kalibrálni kell egy referencia -standard alapján.
Ólomhuzal -ellenállás: Az összekötő vezetékek ellenállása befolyásolhatja a mérési pontosságot, Tehát gyakran szükség van az ólomhuzal -kompenzáció megfelelő megfontolására.
Alkalmazási alkalmasság: Bár nagyon pontos, Lehet, hogy a PT100 érzékelők nem alkalmasak rendkívül durva környezetekre vagy alkalmazásokra, amelyek nagyon gyors válaszidőket igényelnek.

1. A jelszerzés alapelvei
A PT100 a hőmérsékleti jeleket ellenállási kimenetekké alakítja, és az ellenállási értéke 0 200Ω -ig. Az AD átalakító csak a feszültséget képes konvertálni, és nem tud közvetlenül összegyűjteni a hőmérsékletet. Ezért, 1MA állandó áramforrásra van szükség a PT100 táplálásához és az ellenállás változásainak feszültségváltozásokká történő átalakításához. Az állandó áramforrás használatának előnye, hogy meghosszabbíthatja az érzékelő élettartamát. Mivel a bemeneti jeltartomány 0 200 mV -ig, A jelet meg kell erősíteni, majd az AD átalakítani kell az elektromos jeladatok elérése érdekében.

Annak oka, hogy nem használja az állandó feszültségforrás -kialakítást:

Ha állandó feszültségforrást használnak az áramellátáshoz, És akkor az ellenállás és a PT100 sorozatban vannak csatlakoztatva, és a feszültség megoszlik, Van egy probléma. Amikor a PT100 ellenállása túl kicsi, A PT100 -on keresztül áramló áram túl nagy, ami rövidebb érzékelő élettartamot eredményez.

2. Az OP AMP az MCP604 -et használja
MCP604 szolgáltatások:
1) A feszültségtartomány 2,7 ​​~ 6,0 V
2) A kimenet vasúti sín
3) Üzemi hőmérsékleti tartomány: -40° C - +85 ° C
4) A bemeneti eltolás feszültsége ± 3mV, A tipikus érték 1mV, nagy érzékenység.
5) A bemeneti torzítás árama 1Pa, Amikor Ta = +85 ° C, I = 20pa, Javítja a beszerzési pontosságot.
6) Lineáris kimeneti feszültség lengés: VSS+0,1 ~ VDD - 0.1, egység v.

Ha a tápegység feszültsége 3,3 V, A lineáris kimeneti feszültség lengése 0,1 ~ 3,2 V. Annak biztosítása érdekében, hogy az erősített jel a lineáris régióban működik, Amikor VDD = 3,3 V, Az MCP604 kimeneti feszültségét beállítottuk: 0.5V ~ 2,5 V, hogy megfeleljen az OP AMP áramköri tervezés követelményeinek.

Az OP erősítő az analóg elektronikai könyvben ideális operatív erősítő, ami különbözik a tényleges erősítőtől. Ezért, figyelembe kell venni “bemenet eltolás feszültség”, “Bemeneti torzítási áram” és “lineáris kimeneti feszültség lengés” A tervezéskor.

3. Áramköri rajz
Az ábrán az R11 egy torzító áramkör, amely megakadályozza a differenciális erősítő kimenetének utolsó szakaszát a telítettség torzulása miatt.
1) Válasszon ki egy megfelelő amplifikációs tényezőt a kimeneti hiba csökkentésére. A bemeneti eltolás feszültségének létezése miatt, Amikor az amplifikációs tényező növekszik, A kimeneti hiba szintén növekszik, amelyet figyelembe kell venni a formatervezésben.
2) Ennek az áramkörnek az amplifikációs tényezője az 10. Feltételezve, hogy a tipikus bemeneti eltolási feszültség 3mV., Ha a bemeneti jel 5mV -re változik, 2Az MV nem lesz erősítve, amely 20 mV kimeneti hibát eredményez.

PT100 hőmérsékleti detektor OP AMP MCP604 áramköri rajz segítségével

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
IO = 1MA, VREF = VO3 = 1,65 V
1.7V<= Vin<= 1,9v, 1.7V<= V02<= 1,9
1.8V<= VO1<= 2V, Győződjön meg arról, hogy az OP erősítő a lineáris régióban működik, Ez nagyon fontos
0.5V<= VO4<= 2,5 V, Győződjön meg arról, hogy az OP erősítő a lineáris régióban működik, Ezért van szükség 50Ω.

Amikor a bemeneti ellenállás 1 órával változik, A Vout 10mV -re változik. Mivel az MCP604 bemeneti kompenzációs feszültsége ± 3mV, Ha 0,3333Ω változás történik, 3.333mV -es változás lesz, és a beszerzési érzékenység magas.
Amikor 0<= Rin<= 200Ω bemenet, Mivel a hurok sorozatban van csatlakoztatva 50Ω, 50Ó<= RX<= 250
Vin1 – VREF = RX*0,001, A egység

4. Szoftver kalibrálás
Az új mérnökök mindig megpróbálják javítani az ellenállás pontosságát, De a hiba még mindig nagy. Egyes mérnökök egyszerűen folyamatosan állítható ellenállókat használnak, Állítsa be ellenállási értékeiket, és használja a multimétereket, hogy a kimenet megfeleljen az átviteli kapcsolatnak. Úgy tűnik, hogy ez a pontosság javul, De ez nem kényelmes a termeléshez, És a PCB kialakításának nehézsége szintén megnövekszik. Még akkor is, ha a hibakeresés megtörtént, Ha a beállító csavart kézzel megérinti, hibákat okozhat. Az egyetlen módja a rögzített ellenállások használata a gyártáshoz és a szoftver használatához a pontos kalibrálás eléréséhez.
1) Amikor rin = 0, Olvassa el a feszültségértéket, és rögzítse V50 -ként. Mentse el a V50 -et, Nem változik a PT100 ellenállási érték megváltoztatásával, mert állandó áramforrás táplálja.
2) Csatlakoztassa a névleges ellenállást, Legyen rs = 100Ω, Olvassa el a feszültségértéket, és rögzítse V150 -re. Mentse el a V150 -et, a hőmérsékleten olvasható feszültség értéke 0.
3) Számítsa ki az aktuális amplifikációs tényezőt: Io = (V150 – V50) / RS; Ments meg, Ez azt jelenti, hogy a kalibrálás megtörtént.
4) Amikor a bemeneti ellenállás r, A feszültség leolvasása VO, majd r = (Vo- V50) / IO
A fenti leíráson keresztül, A szoftver kalibrálásának nagy előnyei vannak, Nem csak kényelmes termelés, hanem a nagy pontosság is. A pontosság javítása érdekében, A kimeneti feszültség több időközönként is felosztható, külön -külön kalibrálva, és eltérő IO -t lehet beszerezni, hogy a kimeneti linearitás jobb legyen. Ezek az ötletek tükröződnek a tervemben.

OP AMP MCP604 áramköri tervezés

5. Számítsa ki a hőmérsékletet
Amikor a hőmérséklet kevesebb, mint 0,
R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Ha a hőmérséklet nagyobb vagy egyenlő 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
Leírás:
Az RT a platina ellenállás ellenállási értéke a t ℃ -nél
R0 a platina ellenállás ellenállási értéke 0 ℃ 100Ω
A = 3,9082 × 10^-3
B = -5,80195 × 10^-7
C = -4.2735 × 10^-12

6. PT100 hőmérsékleti érzékelő
A PT100 hőmérséklet -érzékelő pozitív hőmérsékleti koefficiens termisztor érzékelő, És fő műszaki paramétere a következő:
1) Mérési hőmérsékleti tartomány: -200℃ ~ +850 ℃;
2) Megengedett eltérési érték δ ℃: A fokozat ±(0.15+0.002|t|), B fokozat ±(0.30+0.005|t|);
3) Minimális beillesztési mélység: A termikus ellenállás minimális beillesztési mélysége ≥200 mm;
4) Megengedhető áram: < 5mA;
5) A PT100 hőmérséklet -érzékelőnek a rezgésállóság előnyei is vannak, jó stabilitás, nagy pontosságú, és nagynyomású. A platina hőkezelő ellenállása jó linearitással rendelkezik. Amikor változik között 0 és 100 Celsius fok, A maximális nemlineáris eltérés kevesebb, mint 0,5 ℃;
Amikor a hőmérséklet < 0, R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Amikor a hőmérséklet ≥ 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
A fenti kapcsolat szerint, A hozzávetőleges ellenállási tartomány az: 18Oh ~ 390.3o, -197℃ 18Ω, 850Oh 390,3o;
Leírás:
Az RT a platina ellenállás ellenállási értéke a t ℃ -nél, Az R0 a platina ellenállás ellenállási értéke 0 ℃, 100Ó
A = 3,9082 × 10^-3, B = -5,80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12
PT100 platina fém hőmérséklet -érzékelő használati útmutató
6) Áramköri tervezés
7) Kapcsolat a PT100 hőmérséklete és az ellenállás között
A PT100 hőmérséklete és ellenállása megfelel a következő egyenletnek:
Amikor a hőmérséklet ≤0, R0*c*t^4 - 100*r0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Amikor a hőmérséklet ≥0, R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0

PT100 hőmérsékleti és ellenállás -összehasonlító táblázat

Leírás:
Az RT a platina ellenállás ellenállási értéke a t ℃ -nél, Az R0 a platina ellenállás ellenállási értéke 0 ℃, 100Ó
A = 3,9082 × 10^-3, B = -5,80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12

1. A számítás kényelme érdekében, Ha a hőmérséklet ≤0, enged:
Double A = R0*C*100000 = 100*(-4.2735× 10^-12)*100000= -4.2735/100000
dupla b = –100*r0*c*100000 = -100*100*(-4.2735× 10^-12)*100000= 4,2735/1000
dupla c = r0*b*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
dupla d = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
dupla e = (100-RT)*100000
Amikor hőmérséklet ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e = 0
Ahol az X3 a PT100 megoldása, ha kevesebb, mint 0 ℃.

2. A számítás megkönnyítése érdekében, Ha a hőmérséklet nagyobb vagy egyenlő 0
Double A = R0*B*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
dupla b = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
dupla c = (100-RT)*100000
Ha a hőmérséklet ≥0, a*t^2 + b*t + c = 0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω -197 ℃ -nek felel meg, a folyékony nitrogén hőmérséklete
18.486Ω -200 ℃ -nek felel meg
96.085Ω -10 ℃ -nek felel meg
138.505Ω 100 ℃ -nak felel meg
175.845Ω megfelel 200 ℃ -nek
247.045Ω 400 ℃ -nek felel meg