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, Tai reiškia, kad jis matuoja temperatūrą aptikdamas elektrinės varžos pokyčius.
Platinos elementas:
PT100 jutiklis yra pagamintas iš platinos, kuri rodo labai stabilų ir tiesinį ryšį tarp atsparumo ir temperatūros.
Matavimo procesas: Jutiklis patalpintas aplinkoje, kurioje reikia matuoti temperatūrą.
Platinos elemento varža matuojama naudojant tam skirtą elektroninę grandinę.
Tada išmatuota pasipriešinimo vertė konvertuojama į temperatūrą, naudojant matematinę formulę, pagrįstą žinomu platinos temperatūros koeficientu..

PT100 jutiklių privalumai:
Didelis tikslumas: Laikomas vienu tiksliausių temperatūros jutiklių dėl stabilaus platinos veikimo.
Platus temperatūros diapazonas:　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) Įtampos diapazonas yra 2,7–6,0 V
2) Išvestis yra „Rail-to-Rail“.
3) Darbinė temperatūros diapazonas: -40°C iki +85 °C
4) Įėjimo poslinkio įtampa yra ±3 mV, tipinė vertė yra 1 mV, didelis jautrumas.
5) Įėjimo poslinkio srovė yra 1pA, kai TA = +85°C, I=20pA, pagerina gavimo tikslumą.
6) Linijinis išėjimo įtampos svyravimas: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, vienetas yra V.

Kai maitinimo įtampa yra 3,3 V, linijinis išėjimo įtampos pokytis yra 0,1–3,2 V. Siekiant užtikrinti, kad sustiprintas signalas veiktų tiesinėje srityje, kai VDD=3,3V, nustatome, kad MCP604 išėjimo įtampa liktų: 0.5V ~ 2,5 V, kad atitiktų operacinio stiprintuvo grandinės dizaino reikalavimus.

Analoginės elektronikos knygoje esantis operacinis stiprintuvas yra idealus operacinis stiprintuvas, kuris skiriasi nuo tikrojo stiprintuvo. Todėl, būtina apsvarstyti “įėjimo poslinkio įtampa”, “įvesties poslinkio srovė” ir “linijinis išėjimo įtampos svyravimas” projektuojant.

3. Grandinės schema
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, jei reguliavimo varžtas paliečiamas ranka, tai gali sukelti klaidų. Vienintelis būdas yra naudoti fiksuotus rezistorius gamybai ir naudoti programinę įrangą, padedančią pasiekti tikslų kalibravimą.
1) Kai Rin=0, nuskaityti įtampos vertę ir įrašyti ją kaip V50. Sutaupykite V50, jis nepasikeis pasikeitus PT100 varžos vertei, nes jis maitinamas nuolatinio srovės šaltinio.
2) Prijunkite vardinį rezistorių, tegul Rs = 100Ω, nuskaityti įtampos vertę ir įrašyti ją kaip V150. Sutaupykite V150, įtampos vertė, nuskaityta, kai temperatūra yra 0.
3) Apskaičiuokite srovės stiprinimo koeficientą: Io = (V150 – V50) / Rs; išgelbėk Mane, tai reiškia, kad kalibravimas atliktas.
4) Kai įėjimo varža yra R, nuskaityta įtampa yra Vo, tada R = (Vo- V50) / Io
Per aukščiau pateiktą aprašymą, programinės įrangos kalibravimas turi didelių privalumų, ne tik patogi gamyba, bet ir didelis tikslumas. 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 ir 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 ℃