PT100/PT1000 решение коло за стекнување температура

1. Табела за промена на отпорност на температура PT100 и PT1000
Метални термички отпорници како никел, бакарните и платинските отпорници имаат позитивна корелација со промената на отпорноста со температурата. Платинумот има најстабилни физички и хемиски својства и е најкористена. Опсегот на мерење на температурата на најчесто користениот платински отпорник Pt100 е -200 ~ 850 ℃. Покрај тоа, мерењето на температурата се движи од Pt500, Pt1000, итн. сукцесивно се намалуваат. Pt1000, опсег на мерење на температурата -200-420 ℃. Според меѓународниот стандард IEC751, температурните карактеристики на платинскиот отпорник Pt1000 ги исполнуваат следните барања:

Карактеристична крива на температурата Pt1000

Според кривата на карактеристична температура Pt1000, наклонот на карактеристичната крива на отпорот малку се менува во рамките на нормалниот опсег на работна температура (како што е прикажано на слика 1). Преку линеарно вклопување, приближната врска помеѓу отпорот и температурата е:

1.1 Табела за промена на отпорност на температура PT100

Табела за промена на отпорност на температура PT100

1.2 Табела за промена на отпорност на температура PT1000

Табела за промена на отпорност на температура PT1000

2. Најчесто користени решенија за кола за стекнување

2.1 Излез на поделба на напон на отпорник 0~3,3V/3V аналоген напон

Директно стекнување на AD порта со еден чип
Опсегот на излезниот напон на колото за мерење на температурата е 0~3,3V, PT1000 (Вредноста на отпорот PT1000 значително се менува, чувствителноста на мерење на температурата е повисока од PT100; PT100 е посоодветен за мерење на температурата во големи размери).

Отпорник делител на напон излегува 0~3,3V 3V аналоген напон

Наједноставниот начин е да се користи методот на поделба на напон. Напонот е референтен извор на напон 4V генериран од чипот на референтниот извор на напон TL431, или REF3140 може да се користи за генерирање на 4,096V како референтен извор. Референтните изворни чипови исто така вклучуваат REF3120, 3125, 3130, 3133, и 3140. Чипот користи пакет SOT-32 и влезен напон од 5V. Излезниот напон може да се избере според бараниот референтен напон. Се разбира, според нормалниот влезен опсег на напон на MCU AD портот, не може да надмине 3V/3,3V.

2.2 Излез на поделба на напон на отпорник 0~5V аналоген напон MCU AD директно стекнување на порта.
Се разбира, некои кола користат напојување од 5V MCU, а максималната работна струја на PT1000 е 0,5 mA, па затоа треба да се користи соодветна вредност на отпорот за да се обезбеди нормална работа на компонентите.
На пример, 3,3V во шематски дијаграм за поделба на напон погоре се заменува со 5V. Предноста на ова е што поделбата на напонот од 5V е почувствителна од 3,3V, а стекнувањето е попрецизно. Запомнете, теоретски пресметаниот излезен напон не може да надмине +5V. Во спротивно, тоа ќе предизвика оштетување на MCU.

2.3 Најчесто користено мерење на мостот
R11, R12, R13 и Pt1000 се користат за формирање на мерниот мост, каде R11=R13=10k, R12=1000R прецизни отпорници. Кога вредноста на отпорот на Pt1000 не е еднаква на вредноста на отпорот на R12, мостот ќе издаде сигнал за разлика на напон на ниво на mV. Овој сигнал за разлика на напонот се засилува од колото на засилувачот на инструментот и го издава саканиот напонски сигнал. Овој сигнал може директно да се поврзе со чипот за конверзија на АД или со приклучокот АД на микроконтролерот.

R11, R12, R13 и Pt1000 се користат за формирање на мерен мост

Принципот на мерење на отпорот на ова коло:
1) PT1000 е термистор. Како што се менува температурата, отпорот се менува во основа линеарно.
2) На 0 степени, отпорноста на PT1000 е 1kΩ, тогаш Ub и Ua се еднакви, односно, Уба = Уб – Дали = 0.
3) Под претпоставка дека на одредена температура, отпорноста на PT1000 е 1,5 kΩ, тогаш Ub и Ua не се еднакви. Според принципот на поделба на напонот, можеме да дознаеме дека Uba = Ub – Дали > 0.
4) OP07 е оперативен засилувач, а неговото напонско засилување А зависи од надворешното коло, каде A = R2/R1 = 17.5.
5) Излезниот напон Uo на OP07 = Uba * А. Значи, ако користиме волтметар за мерење на излезниот напон на OP07, можеме да ја заклучиме вредноста на Uab. Бидејќи Ua е позната вредност, можеме дополнително да ја пресметаме вредноста на Ub. Потоа, користејќи го принципот на поделба на напонот, можеме да ја пресметаме вредноста на специфичната отпорност на PT1000. Овој процес може да се постигне преку софтверска пресметка.
6) Ако ја знаеме вредноста на отпорот на PT1000 на која било температура, потребно е само да ја побараме табелата врз основа на вредноста на отпорот за да ја знаеме моменталната температура.

2.4 Извор на постојана струја
Поради ефектот на самозагревање на термичкиот отпорник, струјата што тече низ отпорникот треба да биде што е можно помала. Општо земено, струјата се очекува да биде помала од 10 mA. Потврдено е дека самозагревањето на платинскиот отпорник PT100 на 1 mW ќе предизвика промена на температурата од 0,02-0,75℃. Затоа, намалувањето на струјата на платинскиот отпорник PT100 може да ја намали и неговата температурна промена. Сепак, ако струјата е премала, тој е подложен на пречки од бучава, така што вредноста е генерално 0.5-2 Ма, па изворната струја на постојана струја се избира како извор на постојана струја од 1 mA.

Чипот е избран како чип со извор на постојан напон TL431, а потоа се претвора во извор на постојана струја користејќи тековни негативни повратни информации. Колото е прикажано на сликата

Меѓу нив, операциониот засилувач CA3140 се користи за подобрување на носивоста на тековниот извор, а формулата за пресметка за излезната струја е:

Отпорот треба да биде a 0.1% прецизен отпорник. Конечната излезна струја е 0,996 mA, односно, точноста е 0.4%.

Колото со извор на постојана струја треба да ги има следните карактеристики

Изберете го чипот со извор на постојан напон TL431

Температурна стабилност: Бидејќи нашата средина за мерење на температурата е 0-100℃, излезот на тековниот извор не треба да биде осетлив на температура. TL431 има екстремно низок температурен коефициент и ниско температурно поместување.

Добра регулација на оптоварување: Ако тековното бранување е преголемо, тоа ќе предизвика грешки при читањето. Според теоретската анализа, бидејќи влезниот напон варира помеѓу 100-138,5mV, и опсегот на мерење на температурата е 0-100℃, точноста на мерењето на температурата е ± 1 степен Целзиусов, така што излезниот напон треба да се менува за 38,5/100=0,385mV за секое зголемување од 1℃ на температурата на околината. Со цел да се осигура дека тековната флуктуација не влијае на точноста, разгледајте го најекстремниот случај, на 100 Целзиусови степени, вредноста на отпорот на PT100 треба да биде 138,5R. Тогаш тековното бранување треба да биде помало од 0,385/138,5=0,000278 mA, односно, тековната промена при промена на оптоварувањето треба да биде помала од 0,000278mA. Во вистинската симулација, тековниот извор останува во основа непроменет.
3. Решение за коло за стекнување AD623

AD623 аквизиција PT1000 коло решение

Принципот може да се однесува на горенаведениот принцип на мерење на мостот.
Стекнување на ниска температура:

Стекнување висока температура

4. Решение за коло за стекнување AD620

Решение за стекнување AD620 PT100

AD620 PT100 раствор за стекнување висока температура (150°):

AD620 PT100 раствор за стекнување ниска температура (-40°):

AD620 PT100 раствор за стекнување собна температура (20°):

5. PT100 и PT1000 анализа на филтрирање против пречки

Стекнување на температурата во некој комплекс, суровите или посебните средини ќе бидат предмет на големи пречки, главно вклучувајќи EMI и REI.

На пример, во примената на стекнување на температурата на моторот, контролата на моторот и ротацијата со голема брзина на моторот предизвикуваат пречки со висока фреквенција.

Има и голем број сценарија за контрола на температурата во воздухопловните и воздушните возила, кои го мерат и контролираат електроенергетскиот систем и системот за контрола на животната средина. Јадрото на контролата на температурата е мерењето на температурата. Бидејќи отпорот на термисторот може да се менува линеарно со температурата, користењето на отпорност на платина за мерење на температурата е ефикасен метод за мерење на температурата со висока прецизност. Главните проблеми се како што следува:
1. Отпорот на оловната жица лесно се воведува, со што се влијае на точноста на мерењето на сензорот;
2. Во некои средини со силни електромагнетни пречки, пречките може да се претворат во DC излез по исправката од засилувачот на инструментот
Грешка во офсет, кои влијаат на точноста на мерењето.
5.1 Воздухопловно воздушно коло за стекнување PT1000

Воздухопловно воздушно коло за стекнување PT1000

Погледнете го дизајнот на воздушно коло за стекнување PT1000 за анти-електромагнетни пречки во одредена авијација.

Филтер е поставен на најоддалечениот крај на колото за стекнување. Колото за претпроцесирање на стекнување PT1000 е погодно за претпроцесирање на анти-електромагнетни пречки на интерфејсот на електронска опрема во воздухот;
Специфичното коло е:
+15V влезниот напон се претвора во високопрецизен извор на напон +5V преку регулатор на напон, а изворот на напон со висока прецизност +5V е директно поврзан со отпорникот R1.
Другиот крај на отпорникот R1 е поделен на две патеки, еден поврзан со влезот во фаза на операциониот засилувач, а другиот поврзан со отпорникот PT1000 А завршува преку филтерот S1 од типот Т. Излезот на операциониот засилувач е поврзан со инвертирачкиот влез за да се формира следбеник на напон, а инвертирачкиот влез е поврзан со приклучокот за заземјување на регулаторот на напон за да се осигура дека напонот на влезот во фаза е секогаш нула. По минување низ филтерот S2, едниот крај А на отпорникот PT1000 е поделен на две патеки, една патека се користи како влезен терминал на диференцијален напон D преку отпорникот R4, а другата патека е поврзана со AGND преку отпорник R2. По минување низ филтерот S3, другиот крај B на отпорникот PT1000 е поделен на две патеки, една патека се користи како влезен терминал на диференцијален напон Е преку отпорникот R5, а другата патека е поврзана со AGND преку отпорник R3. D и E се поврзани преку кондензаторот C3, D е поврзан со AGND преку кондензаторот C1, а E е поврзан со AGND преку кондензаторот C2; прецизната вредност на отпорот на PT1000 може да се пресмета со мерење на диференцијалниот напон помеѓу D и E.

+15V влезниот напон се претвора во високопрецизен извор на напон +5V преку регулатор на напон. +5V е директно поврзан со R1. Другиот крај на R1 е поделен на две патеки, едниот е поврзан со влезниот терминал во фаза на операциониот засилувач, а другиот е поврзан со отпорникот А PT1000 преку филтерот S1 од типот Т. Излезот на операциониот засилувач е поврзан со инвертирачкиот влез за да се формира следбеник на напон, и инвертирачкиот влез е поврзан со приклучокот за заземјување на регулаторот на напон за да се осигура дека напонот на инвертирачкиот влез е секогаш нула. Во ова време, струјата што тече низ R1 е константна 0,5 mA. Регулаторот на напон користи AD586TQ/883B, а операциониот засилувач користи OP467A.

По минување низ филтерот S2, едниот крај А на отпорникот PT1000 е поделен на две патеки, еден преку отпорник R4 како влезен крај на диференцијален напон D, и еден преку отпорник R2 до AGND; откако ќе помине низ филтерот S3, другиот крај B на отпорникот PT1000 е поделен на две патеки, еден преку отпорник R5 како влезен крај на диференцијален напон E, и еден преку отпорник R3 до AGND. D и E се поврзани преку кондензаторот C3, D е поврзан со AGND преку кондензаторот C1, а E е поврзан со AGND преку кондензаторот C2.
Отпорот на R4 и R5 е 4,02 k оми, отпорноста на R1 и R2 е 1M оми, капацитетот на C1 и C2 е 1000pF, а капацитетот на C3 е 0,047uF. R4, R5, C1, C2, и C3 заедно формираат RFI филтер мрежа, со што се комплетира нископропусниот филтрирање на влезниот сигнал, а објектите што треба да се филтрираат вклучуваат пречки во диференцијалниот режим и пречки на заеднички режим што се носат во влезниот диференцијален сигнал. Пресметката на фреквенцијата на исклучување од ‑3dB на пречките во заеднички режим и пречки во диференцијалниот режим што се носат во влезниот сигнал е прикажана во формулата:

Замена на вредноста на отпорот во пресметката, фреквенцијата на исклучување на заедничкиот режим е 40 kHZ, а фреквенцијата на прекин на диференцијалниот режим е 2,6KHZ.
Крајната точка B е поврзана со AGND преку филтерот S4. Меѓу нив, приклучоците за заземјување на филтерот од S1 до S4 се сите поврзани со заштитната земја на авионот. Бидејќи струјата што тече низ PT1000 е позната 0,05 mA, прецизната вредност на отпорот на PT1000 може да се пресмета со мерење на диференцијалниот напон на двата краја на D и E.
S1 до S4 користат филтри од типот Т, модел GTL2012X‑103T801, со исклучена фреквенција од 1M±20%. Ова коло воведува нископропусни филтри во линиите на надворешниот интерфејс и врши RFI филтрирање на диференцијалниот напон. Како коло за предобработка за PT1000, ефикасно ги елиминира пречките од електромагнетното и RFI зрачењето, што во голема мера ја подобрува веродостојноста на собраните вредности. Покрај тоа, напонот директно се мери од двата краја на отпорникот PT1000, елиминирање на грешката предизвикана од отпорот на оловото и подобрување на точноста на вредноста на отпорот.

5.2 Филтер од типот Т
Филтерот од типот Т се состои од два индуктори и кондензатори. Двата краја од него имаат висока импеданса, а неговата изведба за губење на вметнување е слична на онаа на филтерот од типот π, но тоа не е склоно кон “ѕвонење” и може да се користи во прекинувачки кола.