Temperatūros įgijimas 2, 3, ir 4 laidų PT100 temperatūros jutikliai

Straipsnyje pristatoma, kaip 2, 3, ir 4 laidų PT100 jutikliai paverčiami įtampos signalais per atsparumo pokyčius, ir pastovi srovė naudojama jutikliui apsaugoti ir užtikrinti signalo konversijos tikslumą. PT100 jutiklis įgyja temperatūrą išmatuodamas jo elektrinės varžos pokyčius, kuris tiesiogiai koreliuoja su temperatūra, nuo kurios ji yra veikiama; Kylant temperatūrai, Taip pat didėja platinos elemento atsparumas jutiklyje, leidžiant tiksliai apskaičiuoti temperatūrą pagal šį pasipriešinimo pokytį; iš esmės, the “100” PT100 reiškia, kad jutiklis turi atsparumą 100 omai 0 ° C., ir ši vertė keičiasi nuspėjamai, kai temperatūros svyravimai. Taikant MCP604 operatyvinį stiprintuvą grandinės projekte, pabrėžiamas jo charakteristikų, tokių kaip mažos įvesties poslinkio įtampos ir paklaidos srovė, poveikį tikslumui tikslumui. Programinės įrangos kalibravimas naudojamas siekiant pagerinti grandinės projektavimo tikslumą, Venkite fizinio prisitaikymo nepatogumų. Pagaliau, Straipsnyje pateikiama santykio formulė tarp temperatūros ir atsparumo platinos vertės, kuris naudojamas apskaičiuojant temperatūros vertę.

Temperatūros įgijimo 2 laidų PT100 temperatūros jutiklio dizainas

Kinijos pasirinktinio 3 laidų PT100 temperatūros temperatūros įgijimas

Temperatūros 4 laidų PT100 temperatūros jutiklio įgijimas

Pagrindiniai punktai apie PT100 temperatūros įgijimą:
Atsparumo temperatūros detektorius (Rtd):
PT100 yra RTD tipas, meaning it measures temperature by detecting changes in its electrical resistance.
Platinum element:
The sensing element in a PT100 is made of platinum, which exhibits a very stable and linear relationship between resistance and temperature.
Measurement process: The sensor is placed in the environment where the temperature needs to be measured.
The resistance of the platinum element is measured using a dedicated electronic circuit.
The measured resistance value is then converted to temperature using a mathematical formula based on the known temperature coefficient of platinum.

Advantages of PT100 sensors:
Didelis tikslumas: Considered one of the most accurate temperature sensors available due to the stable behavior of platinum.
Wide temperature range:　Gali išmatuoti temperatūrą nuo –200 ° C iki 850 ° C, priklausomai nuo jutiklio konstrukcijos.
Geras tiesiškumas: Ryšys tarp atsparumo ir temperatūros yra santykinai linijinis, Duomenų aiškinimo supaprastinimas.

Svarbūs aspektai:
Kalibravimas: Norėdami užtikrinti tikslius matavimus, PT100 jutiklius reikia reguliariai kalibruoti pagal etaloninį standartą.
Švino vielos atsparumas: Jungiamųjų laidų atsparumas gali paveikti matavimo tikslumą, Taigi dažnai būtina tinkamai atsižvelgti į švino laido kompensaciją.
Taikymo tinkamumas: Nors labai tikslus, „PT100“ jutikliai gali būti netinkami ypač atšiauriai aplinkai ar programoms, reikalaujančioms labai greito reagavimo laiko.

1. Pagrindiniai signalo įgijimo principai
PT100 konvertuoja temperatūros signalus į varžos išėjimus, ir jos atsparumo vertė svyruoja nuo 0 iki 200Ω. AD keitiklis gali konvertuoti tik įtampą ir negali tiesiogiai surinkti temperatūros. Todėl, Norint maitinti PT100 ir konvertuoti pasipriešinimo pokyčius į įtampos pokyčius. Pastovi srovės šaltinio naudojimas yra tas, kad jis gali pratęsti jutiklio tarnavimo laiką. Kadangi įvesties signalo diapazonas yra 0 iki 200mv, Signalą reikia sustiprinti, tada AD konvertuojama, kad būtų gautas elektrinio signalo duomenys.

Priežastys, kodėl nenaudojate pastovaus įtampos šaltinio dizaino:

Jei maitinimo šaltiniui naudojamas pastovus įtampos šaltinis, ir tada rezistorius ir PT100 yra sujungti nuosekliai, ir įtampa padalinta, yra problema. Kai PT100 pasipriešinimas yra per mažas, srovė, tekanti per PT100, dėl to trumpesnis jutiklio gyvenimas.

2. OP stiprintuvas naudoja MCP604
MCP604 funkcijos:
1) Voltage range is 2.7~6.0V
2) Output is Rail-to-Rail
3) Darbinė temperatūros diapazonas: -40°C to +85°C
4) Input offset voltage is ±3mV, typical value is 1mV, high sensitivity.
5) Input bias current is 1pA, when TA = +85°C, I=20pA, improves acquisition accuracy.
6) Linear output voltage swing: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, unit is V.

When the power supply voltage is 3.3V, the linear output voltage swing is 0.1~3.2V. In order to ensure that the amplified signal works in the linear region, when VDD=3.3V, we set the MCP604 output voltage to remain at: 0.5V ~ 2.5V to meet the requirements of op amp circuit design.

The op amp in the analog electronics book is an ideal operational amplifier, which is different from the actual amplifier. Todėl, it is necessary to consider “input offset voltage”, “input bias current” and “linear output voltage swing” when designing.

3. Circuit diagram
R11 paveiksle yra šališkos grandinė, skirta užkirsti.
1) Pasirinkite tinkamą amplifikacijos koeficientą, kad sumažintumėte išvesties paklaidą. Dėl įvesties poslinkio įtampos egzistavimo, Kai padidėja amplifikacijos koeficientas, Taip pat padidės išvesties klaida, į kurį reikia atsižvelgti į dizainą.
2) Šios grandinės amplifikacijos koeficientas yra 10. Darant prielaidą, kad tipinė įvesties poslinkio įtampa yra 3MV, Jei įvesties signalas keičiasi į 5MV, 2MV nebus sustiprintas, kuri sukels 20 mv išvesties paklaidą.

PT100 temperatūros detektorius OP stiprintuvas naudojant MCP604 grandinės schemą

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I = 1MA, VREF = VO3 = 1,65 V.
1.7V<= Vin<= 1,9 V., 1.7V<= V02<= 1,9
1.8V<= VO1<= 2v, Įsitikinkite, kad OP stiprintuvas veikia tiesiniame regione, Tai labai svarbu
0.5V<= VO4<= 2,5 V., Įsitikinkite, kad OP stiprintuvas veikia tiesiniame regione, Štai kodėl 50Ω reikalingas serijose.

Kai įvesties pasipriešinimas keičiasi 1Ω, VOUT keičiasi iki 10MV. Kadangi MCP604 įvesties kompensavimo įtampa yra ± 3MV, Kai pasikeitė 0,3333Ω, pasikeis 3,333MV, o įsigijimo jautrumas yra didelis.
Kai 0<= Rin<= 200Ω įvestis, Kadangi kilpa yra sujungta nuosekliai su 50Ω, 50Oi<= Rx<= 250
Vin1 – Vref = rx*0,001, A skyrius

4. Programinės įrangos kalibravimas
Nauji inžinieriai visada bando pagerinti rezistorių tikslumą, Tačiau klaida vis tiek yra didelė. Kai kurie inžinieriai tiesiog naudoja nuolat reguliuojamus rezistorius, Pakoreguokite jų pasipriešinimo vertes, ir naudokite multimetrus, kad išvestis atitiktų perdavimo ryšį. Atrodo, kad šis tikslumas yra pagerintas, Bet tai nėra patogu gaminti, Taip pat padidėja PCB dizaino sunkumas. Net jei derinimas bus atliktas, if the adjustment screw is touched by hand, it may cause errors. The only way is to use fixed resistors for production and use software to help achieve accurate calibration.
1) When Rin=0, read a voltage value and record it as V50. Save V50, it will not change with the change of PT100 resistance value because it is powered by a constant current source.
2) Connect the nominal resistor, let Rs=100Ω, read a voltage value and record it as V150. Save V150, the voltage value read when the temperature is 0.
3) Calculate the current amplification factor: Io = (V150 – V50) / Rs; save Io, it means that the calibration is done.
4) When the input resistance is R, the voltage read is Vo, then R = (Vo- V50) / Io
Through the above description, software calibration has great advantages, not only convenient production, but also high accuracy. Siekiant pagerinti tikslumą, Išėjimo įtampą taip pat galima suskirstyti į kelis intervalus, Kalibruotas atskirai, ir galima gauti skirtingą IO, kad išvesties tiesiškumas bus geresnis. Šios idėjos atsispindi mano dizaine.

OP AMP MCP604 grandinės dizainas

5. Apskaičiuokite temperatūrą
Kai temperatūra yra mažesnė už 0,
R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – RT = 0
Kai temperatūra yra didesnė arba lygi 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
Aprašymas:
RT yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant t ℃
R0 yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant 0 ℃ 100Ω
A = 3,9082 × 10^-3
B = -5.80195 × 10^-7
C = -4.2735 × 10^-12

6. PT100 temperatūros jutiklis
PT100 temperatūros jutiklis yra teigiamas temperatūros koeficientas termistoriaus jutiklis, ir pagrindiniai jo techniniai parametrai yra šie:
1) Matavimo temperatūros diapazonas: -200℃ ~ +850 ℃;
2) Leidžiama nuokrypio vertė δ ℃: A laipsnis ±(0.15+0.002|t|), B laipsnis ±(0.30+0.005|t|);
3) Minimalus įterpimo gylis: Mažiausias šiluminio rezistoriaus įdėjimo gylis yra ≥200 mm;
4) Leidžiama srovė: < 5Ma;
5) PT100 temperatūros jutiklis taip pat turi atsparumo vibracijai pranašumus, Geras stabilumas, didelis tikslumas, ir aukštas slėgis. Platinos šiluminis rezistorius turi gerą tiesiškumą. Keičiant tarp 0 and 100 laipsniai Celsijaus, Maksimalus netiesinis nuokrypis yra mažesnis nei 0,5 ℃;
Kai temperatūra < 0, R0*c*t^4 – 100R0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – RT = 0
Kai temperatūra ≥ 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
Pagal aukščiau pateiktus santykius, Apytikslis pasipriešinimo diapazonas yra: 18O ~ 390,3o, -197℃ yra 18Ω, 850O, yra 390,3o;
Aprašymas:
RT yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant t ℃, R0 yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant 0 ℃, 100Oi
A = 3,9082 × 10^-3, B = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12
„PT100 Platinum“ metalo temperatūros jutiklio instrukcijos vadovas
6) Grandinės dizainas
7) Ryšys tarp PT100 temperatūros ir atsparumo
PT100 temperatūra ir pasipriešinimas patenkina šią lygtį:
Kai temperatūra ≤0, R0*c*t^4 - 100*r0*c*t^3 + R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – RT = 0
Kai temperatūra ≥0, R0*b*t^2 + R0*a*t + R0 – RT = 0

PT100 temperatūros ir atsparumo palyginimo lentelė

Aprašymas:
RT yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant t ℃, R0 yra platinos rezistoriaus atsparumo vertė esant 0 ℃, 100Oi
A = 3,9082 × 10^-3, B = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12

1. Apskaičiavimo patogumui, Kai temperatūra yra ≤0, tegul:
dvigubas a = r0*c*100000 = 100*(-4.2735× 10^-12)*100000= -4.2735/100000
dvigubas b = –100*r0*c*100000 = -100*100*(-4.2735× 10^-12)*100000= 4,2735/1000
dvigubas c = r0*b*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
dvigubas d = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
dvigubas e = (100-Rt)*100000
Kai temperatūra ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e = 0
kur x3 yra PT100 tirpalas, kai jis yra mažesnis nei 0 ℃.

2. Kad būtų lengviau apskaičiuoti, Kai temperatūra yra didesnė arba lygi 0
dvigubas a = r0*b*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
dvigubas b = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
dvigubas c = (100-Rt)*100000
Kai temperatūra yra ≥0, a*t^2 + b*t + c = 0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω atitinka -197 ℃, Skysto azoto temperatūra
18.486Ω atitinka -200 ℃
96.085Ω atitinka -10 ℃
138.505Ω atitinka 100 ℃
175.845Ω atitinka 200 ℃
247.045Ω atitinka 400 ℃