Resistors and Circuits of PT100 and PT1000 Metal Thermal Resistor Sensor Probes

A temperature acquisition circuit for a PT100 or PT1000 sensor probe typically consists of a stable current source to excite the sensor, a high-precision resistance measurement circuit to detect the change in resistance with temperature, and an analog-to-digital converter (ADC) to convert the measured voltage into a digital signal that can be processed by a microcontroller or data acquisition system; the key difference between a PT100 and PT1000 circuit is the scale of resistance values due to the Pt100 having a nominal resistance of 100 ohms at 0°C while a Pt1000 has 1000 Оми на 0 ° C., often requiring adjustments in the measurement circuit depending on the desired accuracy and application.

The article introduces the resistance change of PT100 and PT1000 metal thermal resistor sensor probes at different temperatures, as well as a variety of temperature acquisition circuit solutions. Including resistance voltage division, bridge measurement, constant current source and AD623, AD620 acquisition circuit. In order to resist interference, especially electromagnetic interference in the aerospace field, an airborne PT1000 temperature sensor acquisition circuit design is proposed, including a T-type filter for filtering and improving measurement accuracy.
Abstract generated by CSDN through intelligent technology

PT100 Temperature cable sensor for Precise temperature measurement in containers, tanks and pipes

Temperature sensor probe T100 high temperature -50～260 cable

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

PT100/PT1000 решение коло за стекнување температура
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Метални термички отпорници како никел, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Платинумот има најстабилни физички и хемиски својства и е најкористена. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistance Pt100 sensor probes is -200～850℃, and the temperature measurement ranges of Pt500, Pt1000 sensor probes, итн. сукцесивно се намалуваат. Pt1000, temperature measurement range is -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, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (како што е прикажано на слика 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

Табела за промена на отпорност на температура PT100 1

2. Најчесто користени решенија за кола за стекнување

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Опсегот на излезниот напон на колото за мерење на температурата е 0~3,3V, PT1000 (Вредноста на отпорот PT1000 значително се менува, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 е посоодветен за мерење на температурата во големи размери).

Наједноставниот начин е да се користи методот на поделба на напон. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Алтернативно, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, и 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Излезниот напон може да се избере според бараниот референтен напон. Се разбира, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, не може да надмине 3V/3,3V.

PT100 single chip AD port circuit direct acquisition

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage, and the AD port of the microcontroller directly collects it.
Се разбира, some circuits are powered by a 5V microcontroller, and the maximum operating current of the PT1000 is 0.5mA, so an appropriate resistance value must be used to ensure the normal operation of the component.
На пример, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced by 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than the 3.3V voltage, and the collection is more accurate. Запомнете, теоретски пресметаниот излезен напон не може да надмине +5V. Во спротивно, the microcontroller will be damaged.

2.3 Најчесто користено мерење на мостот

The voltage divider circuit of PT100 outputs 0~5V analog voltage

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, каде R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Кога вредноста на отпорот на Pt1000 не е еднаква на вредноста на отпорот на R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Овој сигнал за разлика на напонот се засилува од колото на засилувачот на инструментот и го издава саканиот напонски сигнал, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Принципот на мерење на отпорот на ова коло:

1) PT1000 е термистор, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Дали > 0.
4) OP07 е оперативен засилувач, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, 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, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Извор на постојана струја
Поради ефектот на самозагревање на термичкиот отпорник, it is necessary to ensure that the current flowing through the resistor is as small as possible, and generally the current is expected to be less than 10mA. Потврдено е дека самозагревањето на платинскиот отпорник PT100 на 1 mW will cause a temperature change of 0.02 to 0.75℃, so reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Сепак, ако струјата е премала, тој е подложен на пречки од бучава, so it is generally taken at 0.5 до 2 Ма, па изворната струја на постојана струја се избира како извор на постојана струја од 1 mA.

The chip selected is the constant voltage source chip TL431, and then the current negative feedback is used to convert it into a constant current source. Колото е прикажано на сликата:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, а формулата за пресметка за излезната струја е:
Insert picture description here The resistor should be 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:
Температурна стабилност: Бидејќи нашата средина за мерење на температурата е 0-100℃, излезот на тековниот извор не треба да биде осетлив на температура. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Добра регулација на оптоварување: Ако тековното бранување е преголемо, тоа ќе предизвика грешки при читањето. Според теоретската анализа. Since the input voltage varies between 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. Во вистинската симулација, тековниот извор останува во основа непроменет.

3. Решение за коло за стекнување AD623
Принципот може да се однесува на горенаведениот принцип на мерење на мостот.
Стекнување на ниска температура:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Стекнување висока температура
Insert picture description here

4. Решение за коло за стекнување AD620
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150°):

AD620 measures PT100 acquisition solution at low temperature (-40°)

AD620 PT100 acquisition solution for low temperature (-40°):

AD620 measures PT100 acquisition scheme at room temperature (20°)

AD620 PT100 acquisition solution for room temperature (20°):

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, кои влијаат на точноста на мерењето.

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Филтер е поставен на најоддалечениот крај на колото за стекнување. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
+15V влезниот напон се претвора во високопрецизен извор на напон +5V преку регулатор на напон. The +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1, and the other end of the resistor R1 is divided into two paths. One is connected to the in-phase input end of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input D, и еден преку отпорник R2 до AGND. По минување низ филтерот S3, другиот крај B на отпорникот PT1000 е поделен на две патеки, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and 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, еден поврзан со влезот во фаза на операциониот засилувач, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. 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. По минување 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. The RFI filter completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. 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:

Воздухопловно воздушно коло за стекнување PT1000

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, with a cutoff frequency of M±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.

3-wire Class B high industrial temperature control PT100 platinum thermal resistor temperature sensor

K-E type compression spring thermocouple, pt100 temperature sensor probe

High precision PT100 temperature sensor for transformer temperature measurement

5.2 Филтер од типот Т
Insert picture description here
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.