PT100 및 PT1000 금속 열 저항 센서 프로브의 저항 및 회로

PT100 또는 PT1000 센서 프로브의 온도 획득 회로는 일반적으로 센서를 자극하기 위해 안정적인 전류 소스로 구성됩니다., 온도에 따른 저항의 변화를 감지하기위한 고정밀 저항 측정 회로, 및 아날로그-디지털 변환기 (ADC) 측정 된 전압을 마이크로 컨트롤러 또는 데이터 수집 시스템에 의해 처리 할 수있는 디지털 신호로 변환하려면; PT100과 PT1000 회로의 주요 차이점은 PT100이 공칭 저항을 갖는 저항 값의 척도입니다. 100 PT1000은 0 ° C에서 옴입니다 1000 0°C에서 옴, 원하는 정확도 및 응용 프로그램에 따라 측정 회로에서 조정이 필요한 경우가 많습니다..

이 기사는 다른 온도에서 PT100 및 PT1000 금속 열 저항 센서 프로브의 저항 변화를 소개합니다., 다양한 온도 획득 회로 솔루션뿐만 아니라. 저항 전압 구분을 포함합니다, 다리 측정, 일정한 전류 소스 및 AD623, AD620 획득 회로. 간섭에 저항하기 위해, 특히 항공 우주 분야의 전자기 간섭, 공중 PT1000 온도 센서 획득 회로 설계가 제안되었습니다., 필터링 및 측정 정확도 향상을위한 T- 타입 필터 포함.
지능형 기술을 통해 CSDN에 의해 생성 된 초록

컨테이너의 정확한 온도 측정을위한 PT100 온도 케이블 센서, 탱크와 파이프

온도 센서 프로브 T100 고온 -50~260 케이블

송신기 표면 온도를위한 PT100 백금 저항 온도 센서

PT100/PT1000 온도 획득 회로 솔루션
1. PT100 및 PT1000 센서의 온도 저항 변화 테이블
니켈과 같은 금속 열 저항기, 구리 및 백금 저항기는 온도 변화와 양의 상관 관계를 가지고 있습니다.. 백금은 가장 안정적인 물리적, 화학적 특성을 가지며 가장 널리 사용되는 금속입니다.. 일반적으로 사용되는 백금 저항 Pt100 센서 프로브의 온도 측정 범위는 -200~850℃입니다., Pt500의 온도 측정 범위, Pt1000 센서 프로브, 등. 순차적으로 감소. Pt1000, 온도 측정 범위는 -200~420℃입니다.. IEC751 국제 표준에 따르면, 백금 저항기 Pt1000의 온도 특성은 다음 요구 사항을 충족합니다.:

Pt1000 온도 특성 곡선

Pt1000 온도 특성 곡선에 따르면, 저항 특성 곡선의 기울기는 정상 작동 온도 범위 내에서 약간 변합니다. (그림과 같이 1). 저항과 온도의 대략적인 관계는 선형 피팅을 통해 얻을 수 있습니다.:

PT100 온도 저항 변화 테이블 1

2. 일반적으로 사용되는 획득 회로 솔루션

2. 1 저항 전압 분배기 출력 0 ~ 3.3V/3V 아날로그 전압 단일 칩 AD 포트 직접 획득
온도 측정 회로 전압 출력 범위는 0~3.3V입니다., PT1000 (PT1000 저항 값이 크게 변경됩니다., 온도 측정 감도는 PT100보다 높습니다; PT100은 대규모 온도 측정에 더 적합합니다.).

가장 간단한 방법은 전압 분할 방법을 사용하는 것입니다.. 전압은 TL431 전압 기준 소스 칩으로 생성됩니다., 이는 4V 전압 기준 소스입니다. 또는, ref3140은 참조 소스로 4.096V를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.. 참조 소스 칩에는 REF3120도 포함됩니다, 3125, 3130, 3133, 그리고 3140. 칩은 SOT-32 패키지와 5V 입력 전압을 사용합니다.. 필요한 기준 전압에 따라 출력 전압을 선택할 수 있습니다.. 물론, 마이크로 컨트롤러의 AD 포트의 정상 전압 입력 범위에 따라, 3V/3.3V를 초과할 수 없습니다..

PT100 단일 칩 광고 포트 회로 직접 획득

2.2 저항 전압 분할 출력 0 ~ 5V 아날로그 전압, 그리고 마이크로 컨트롤러의 광고 포트가 직접 수집합니다..
물론, 일부 회로는 5V 마이크로 컨트롤러로 구동됩니다, PT1000의 최대 작동 전류는 0.5MA입니다., 따라서 구성 요소의 정상 작동을 보장하기 위해 적절한 저항 값을 사용해야합니다..
예를 들어, 위의 전압 디비전 회로도의 3.3V는 5V로 대체됩니다.. 이것의 장점은 5V 전압 분할이 3.3V 전압보다 더 민감하다는 것입니다., 그리고 컬렉션이 더 정확합니다. 기억하다, 이론적으로 계산된 출력 전압은 +5V를 초과할 수 없습니다.. 그렇지 않으면, 마이크로 컨트롤러가 손상됩니다.

2.3 가장 일반적으로 사용되는 브리지 측정

PT100 출력의 전압 분배기 회로 0 ~ 5V 아날로그 전압

R11을 사용하십시오, R12, 측정 브리지를 형성하기위한 R13 및 PT1000, 여기서 R11=R13=10k, R12 = 1000R 정밀 저항. Pt1000의 저항값이 R12의 저항값과 같지 않을 때, 브리지는 MV 레벨 전압 차이 신호를 출력합니다.. 이 전압차 신호는 계측기 증폭기 회로에 의해 증폭되어 원하는 전압 신호를 출력합니다., 광고 변환 칩 또는 마이크로 컨트롤러의 AD 포트에 직접 연결할 수 있습니다..

이 회로의 저항 측정 원리:

1) PT1000은 서미스터입니다., 그리고 온도 변화에 따라 저항이 기본적으로 선형으로 변합니다..

2) ~에 0 도, PT1000의 저항은 1kΩ입니다., 그러면 Ub와 Ua는 같습니다., 그건, 우바 = 우바 – 하다 = 0.
3) 특정 온도에서 가정하면, PT1000의 저항은 1.5kΩ입니다., 그러면 Ub와 Ua는 동일하지 않습니다.. 전압 분배기 원리에 따라, UBA = UB를 찾을 수 있습니다 – 하다 > 0.
4) OP07은 연산 증폭기입니다., 전압 증폭 계수 A는 외부 회로에 따라 다릅니다., 여기서 A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07의 출력 전압 Uo = Uba * ㅏ. 따라서 전압계를 사용하여 OP07의 출력 전압을 측정하면, Uab의 가치를 추론할 수 있습니다.. Ua는 알려진 값이므로, 우리는 Ub의 가치를 더 계산할 수 있습니다. 그 다음에, 전압 분배기 원리를 사용합니다, PT1000의 비저항 값을 계산할 수 있습니다.. 이 프로세스는 소프트웨어 계산을 통해 달성할 수 있습니다..
6) 어떤 온도에서든 PT1000의 저항값을 안다면, 현재 온도를 알기 위해 저항 값에 따라 테이블을 찾아야합니다..

2.4 정전류원
열 저항의 자체 발열 효과로 인해, 저항을 통해 흐르는 전류가 가능한 한 작도록해야합니다., 그리고 일반적으로 전류는 10MA 미만일 것으로 예상됩니다.. 백금 저항기 PT100의 자체 발열이 확인되었습니다. 1 MW는 온도 변화를 유발합니다 0.02 0.75 ℃, 따라서 백금 저항 PT100의 전류를 줄이면 온도 변화를 줄일 수 있습니다.. 하지만, 전류가 너무 작은 경우, 소음 간섭에 취약합니다, 따라서 일반적으로 촬영됩니다 0.5 에게 2 엄마, 따라서 정전류 소스 전류는 1mA 정전류 소스로 선택됩니다..

선택된 칩은 일정한 전압 소스 칩 TL431입니다., 그리고 현재 부정적인 피드백은이를 일정한 전류 소스로 변환하는 데 사용됩니다.. 회로는 그림에 나와 있습니다.:

일정한 전류 저항 공급원 PT100 회로 획득 방식

작동 증폭기 CA3140은 현재 소스의 부하 용량을 향상시키는 데 사용됩니다., 출력 전류의 계산 공식은 다음과 같습니다.:
여기에 그림 설명 삽입 저항은 a입니다 0.1% 정밀 저항기. 최종 출력 전류는 0.996ma입니다., 그건, 정확성은 0.4%.
정전류원회로는 다음과 같은 특성을 가져야 한다.:
온도 안정성: 당사의 온도 측정 환경은 0~100℃이므로, 전류 소스의 출력은 온도에 민감하지 않아야 합니다.. TL431은 온도 계수가 매우 낮고 온도 드리프트가 매우 낮습니다..

좋은 부하 조절: 전류 리플이 너무 큰 경우, 읽기 오류가 발생합니다. 이론적 분석에 따르면. 입력 전압은 100-138.5MV 사이에서 다양하기 때문입니다, 온도 측정 범위는 0-100℃입니다., 온도 측정 정확도는 섭씨 ±1도입니다., 따라서 주변 온도가 1℃ 올라갈 때마다 출력 전압은 38.5/100=0.385mV씩 변해야 합니다.. 전류 변동이 정확도에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 가장 극단적인 경우를 생각해보자, ~에 100 섭씨 온도, PT100의 저항값은 138.5R이어야 합니다.. 그러면 전류 리플은 0.385/138.5=0.000278mA 미만이어야 합니다., 그건, 부하 변화 중 전류의 변화는 0.000278ma 미만이어야합니다.. 실제 시뮬레이션에서는, 현재 소스는 기본적으로 변경되지 않습니다..

3. AD623 획득 회로 솔루션
원리는 위의 브리지 측정 원리를 참조할 수 있습니다..
저온 획득:

AD620은 PT100 획득 솔루션 고온을 측정합니다 (150°)

고온 획득
여기에 그림 설명을 삽입하십시오

4. AD620 획득 회로 솔루션
고온에 대한 AD620 PT100 획득 솔루션 (150°):

AD620은 저온에서 PT100 획득 솔루션을 측정합니다 (-40°)

저온에 대한 AD620 PT100 획득 솔루션 (-40°):

AD620은 실온에서 PT100 획득 체계를 측정합니다 (20°)

실온을위한 AD620 PT100 획득 솔루션 (20°):

PT100 센서 고온 획득 회로

5. PT100 및 PT1000 센서의 항 회의 필터링 분석
일부 단지의 온도 획득, 가혹하거나 특수한 환경은 큰 간섭을 받기 쉽습니다., 주로 EMI와 REI를 포함. 예를 들어, 모터 온도 획득 응용 분야, 모터 제어 및 고속 회전으로 인한 고주파 교란.

또한 항공 및 우주 비행체 내부에는 수많은 온도 제어 시나리오가 있습니다., 전력 시스템과 환경 제어 시스템을 측정하고 제어하는 시스템. 온도 제어의 핵심은 온도 측정입니다.. 서미스터의 저항은 온도에 따라 선형적으로 변할 수 있으므로, 백금 저항을 사용하여 온도를 측정하는 것은 효과적인 고정밀 온도 측정 방법입니다.. 주요 문제점은 다음과 같습니다:
1. 리드선에 저항이 쉽게 도입됩니다., 따라서 센서의 측정 정확도에 영향을 미칩니다.;
2. 강력한 전자기 간섭 환경에서, 간섭은 기기 앰프에 의해 수정 된 후 DC 출력 오프셋 오류로 변환 될 수 있습니다., 측정 정확도에 영향을 미치는.

5.1 항공우주 항공 PT1000 획득 회로
특정 항공의 전자기 간섭 방지를 위한 공중 PT1000 획득 회로 설계를 참조하십시오..

PT100 센서에 대한 AD623 획득 회로 체계

필터는 획득 회로의 가장 바깥쪽 끝에 설정됩니다.. PT1000 획득 전처리 회로는 항공기 간섭 간섭에 적합합니다.; 특정 회로는입니다:
+15V 입력 전압은 전압 조정기를 통해 +5V 고정밀 전압 소스로 변환됩니다.. +5V 고정밀 전압 소스는 저항 R1에 직접 연결됩니다., 저항 R1의 다른 쪽 끝은 두 경로로 나뉩니다.. 하나는 OP AMP의 위상 입력 끝에 연결되어 있습니다., 다른 하나는 T- 타입 필터 S1을 통한 PT1000 저항 A 끝에 연결됩니다.. 연산 증폭기의 출력은 반전 입력에 연결되어 전압 팔로워를 형성합니다., 반전 입력은 동위상 입력의 전압이 항상 0이 되도록 전압 조정기의 접지 포트에 연결됩니다.. S2 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 한쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다, 차동 전압 입력 D로서 저항 R4를 통한 하나, 하나는 저항 R2를 통해 AGND로 연결됩니다.. S3 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 다른 쪽 끝 B는 두 개의 경로로 나뉩니다., 차동 전압 입력 E로서 저항 R5를 통한 하나, 하나는 저항 R3을 통해 AGND로 연결됩니다.. D와 E는 커패시터 C3을 통해 연결됩니다., D는 커패시터 C1을 통해 AGND에 연결됩니다., E는 커패시터 C2를 통해 AGND에 연결됩니다.. PT1000의 정확한 저항 값은 D와 E의 차동 전압을 측정하여 계산할 수 있습니다..

+15V 입력 전압은 전압 조정기를 통해 +5V 고정밀 전압 소스로 변환됩니다.. +5V는 R1에 직접 연결됩니다.. R1의 다른 쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다., 하나는 연산 증폭기의 동위상 입력에 연결됨, 다른 하나는 T- 타입 필터 S1을 통한 PT1000 저항의 A 끝에 연결되었습니다.. 연산 증폭기의 출력은 반전 입력에 연결되어 전압 팔로워를 형성합니다., 반전 입력은 반전 입력의 전압이 항상 0이 되도록 전압 조정기의 접지 포트에 연결됩니다.. 이때, R1을 통해 흐르는 전류는 0.5mA로 일정합니다.. 전압 조정기는 AD586TQ/883B를 사용합니다., 연산 증폭기는 OP467A를 사용합니다..

S2 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 한쪽 끝은 두 개의 경로로 나누어집니다, 차동 전압 입력 끝 D로 저항 R4를 통해 하나, 하나는 저항 R2를 통해 AGND로 연결됩니다.. S3 필터를 통과한 후, PT1000 저항의 다른 쪽 끝 B는 두 개의 경로로 나뉩니다., 차동 전압 입력 끝 E로 저항 R5를 통해 하나, 하나는 저항 R3을 통해 AGND로 연결됩니다.. D와 E는 커패시터 C3을 통해 연결됩니다., D는 커패시터 C1을 통해 AGND에 연결됩니다., E는 커패시터 C2를 통해 AGND에 연결됩니다..
R4 및 R5의 저항은 4.02kΩ입니다., R1과 R2의 저항은 1M 옴입니다., C1과 C2의 커패시턴스는 1000pF입니다., C3의 커패시턴스는 0.047uF입니다.. R4, R5, C1, C2, C3은 함께 RFI 필터 네트워크를 형성합니다.. RFI 필터는 입력 신호의 저역 통과 필터링을 완료합니다., 필터링 된 물체에는 차동 모드 간섭 및 입력 차동 신호에 실시되는 공통 모드 간섭이 포함됩니다.. 입력 신호에 전달되는 공통 모드 간섭과 차동 모드 간섭의 -3dB 차단 주파수 계산은 다음 공식에 나와 있습니다.:

항공우주 항공 PT1000 획득 회로

저항값을 계산에 대입, 공통 모드 차단 주파수는 40kHZ입니다., 차동 모드 차단 주파수는 2.6KHZ입니다..
끝점 B는 S4 필터를 통해 AGND에 연결됩니다.. 그 중, S1에서 S4까지의 필터 접지 단자는 모두 항공기 차폐 접지에 연결됩니다.. PT1000을 통해 흐르는 전류는 0.05mA로 알려져 있습니다., PT1000의 정확한 저항값은 D와 E 양단의 차동전압을 측정하여 계산할 수 있습니다..
S1~S4는 T형 필터를 사용합니다., 모델 GTL2012X‑103T801, 컷오프 주파수는 m ± 20%. 이 회로는 외부 인터페이스 라인에 저역 통과 필터를 도입하고 차동 전압에 대해 RFI 필터링을 수행합니다.. PT1000의 전처리 회로로, 전자기 및 RFI 방사 간섭을 효과적으로 제거합니다., 이는 수집된 값의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.. 게다가, 전압은 PT1000 저항의 양쪽 끝에서 직접 측정됩니다., 리드 저항으로 인한 오류를 제거하고 저항 값의 정확성을 향상시킵니다..