Стекнување на температура на 2, 3, и 4-жични сензори за температура PT100

Написот воведува како 2, 3, и 4-жицата PT100 сензорите се претвораат во напонски сигнали преку промени во отпорот, и постојан извор на струја се користи за заштита на сензорот и обезбедување на точноста на конверзијата на сигналот. Сензорот PT100 се здобива со температура со мерење на промената во нејзината електрична отпорност, што директно е во корелација со температурата на која е изложена; Како што се зголемува температурата, Отпорноста на платина елементот во сензорот исто така се зголемува, дозволувајќи прецизна пресметка на температурата врз основа на оваа промена на отпорот; Во суштина, на “100” во PT100 означува дека сензорот има отпор на 100 Оми на 0 ° C., И оваа вредност се менува предвидливо со флуктуациите на температурата. Примената на оперативниот засилувач MCP604 во дизајнот на колото го нагласува влијанието на неговите карактеристики, како што се напон за неутрализирање на влезот и струја на пристрасност на точноста. Калибрацијата на софтверот се користи за подобрување на точноста во дизајнот на кола, Избегнување на непријатностите на физичкото прилагодување. Конечно, Написот дава формула за врска помеѓу температурата и вредноста на отпорноста на платина, што се користи за пресметување на вредноста на температурата.

Дизајн на стекнување на температура на 2-жичен сензор за температура PT100

Стекнување на температура на кинески прилагодено 3-жица PT100 Сензор за температура

Стекнување на температура на сензор за температура со 4 жици PT100

Клучни точки за стекнување на температура PT100:
Детектор на температура на отпорност (Rtd):
PT100 е еден вид РТД, што значи дека ја мери температурата со откривање на промени во нејзината електрична отпорност.
Платинум елемент:
Елементот за сензори во PT100 е изработен од платина, што покажува многу стабилна и линеарна врска помеѓу отпорот и температурата.
Процес на мерење: Сензорот е ставен во околината каде што треба да се мери температурата.
Отпорноста на платина елементот се мери со помош на посветено електронско коло.
Мерената вредност на отпорност потоа се претвора во температура со помош на математичка формула заснована на познатиот температурен коефициент на платина.

Предности на сензорите PT100:
Висока точност: Се смета за еден од најточните сензори за температура достапни заради стабилното однесување на платина.
Широк опсег на температура:　Може да ги мери температурите од -200 ° C до 850 ° C во зависност од дизајнот на сензорот.
Добра линеарност: Врската помеѓу отпорот и температурата е релативно линеарна, Поедноставување на толкувањето на податоците.

Важни размислувања:
Калибрација: Да се ​​обезбедат точни мерења, Сензорите PT100 треба редовно да се калибрираат против референтен стандард.
Отпорност на олово жица: Отпорот на жиците за поврзување може да влијае на точноста на мерењето, Значи, правилното разгледување на компензацијата на оловната жица е честопати неопходно.
Соодветност на апликацијата: Додека е многу точен, Сензорите PT100 може да не се погодни за екстремно груби околини или апликации кои бараат многу брзо време на одговор.

1. Основни принципи на стекнување на сигнал
PT100 ги претвора температурните сигнали во излези на отпор, и неговата вредност на отпор се движи од 0 до 200Ω. Конвертерот за реклами може само да го претвори напонот и не може директно да ја собере температурата. Затоа, Потребен е извор на постојана струја од 1mA за напојување на PT100 и претворање на промени во отпорот во промени во напон. Придобивката од користење на постојан извор на струја е тоа што може да го продолжи животот на сензорот. Бидејќи опсегот на влезниот сигнал е 0 до 200мв, Сигналот треба да се засили, а потоа да се претвори АД за да се добијат податоци за електричен сигнал.

Причини за не користење на постојан дизајн на изворот на напон:

Ако се користи постојан извор на напон за напојување, И тогаш отпорникот и PT100 се поврзани во серија, а напонот е поделен, Има проблем. Кога отпорот на PT100 е премал, струјата што тече низ PT100 е премногу голема, што резултира во пократок живот на сензорот.

2. ОП засилувачот користи MCP604
Карактеристики на MCP604:
1) Опсегот на напон е 2,7 ~ 6.0V
2) Излезот е железничка до железница
3) Оперативен опсег на температура: -40° C до +85 ° C.
4) Влезниот напон за влез е 3mV ±, Типична вредност е 1MV, висока чувствителност.
5) Влезната пристрасност струја е 1pa, Кога ta = +85 ° C, I = 20pa, ја подобрува точноста на стекнувањето.
6) Линеарен излезен напон замав: VSS+0,1 ~ VDD -0.1, единицата е v.

Кога напонот на напојување е 3,3V, Линеарниот излезен напон замав е 0,1 ~ 3.2V. Со цел да се осигури дека засилениот сигнал работи во линеарниот регион, Кога VDD = 3.3V, го поставивме излезниот напон MCP604 да остане на: 0.5V ~ 2.5V за да се исполнат барањата на дизајнот на колото OP AMP.

ОП засилувачот во книгата за аналогна електроника е идеален оперативен засилувач, што е различно од вистинскиот засилувач. Затоа, потребно е да се разгледа “Влезен напон за неутрализирање”, “влезна пристрасност струја” и “Линеарен излезен напон замав” при дизајнирање.

3. Дијаграм на коло
R11 На сликата е пристрасно коло за да се спречи последната фаза на излез на диференцијален засилувач од искривување на заситеност.
1) Изберете соодветен фактор за засилување за да ја намалите грешката во излезот. Поради постоењето на влезниот напон за неутрализирање, Кога факторот на засилување се зголемува, Излезната грешка исто така ќе се зголеми, што мора да се земе предвид во дизајнот.
2) Факторот на засилување на ова коло е 10. Под претпоставка дека типичниот напон за неутрализирање на влезот е 3MV, Ако влезниот сигнал се промени на 5MV, 2MV нема да се засили, што ќе произведе излезна грешка од 20mV.

PT100 ДЕТЕКТОР ЗА ДЕТЕКТОР ЗА ТЕМПЕРМЈА ОП АМП со употреба на дијаграм на колото MCP604

VO4 = (Vin1 – Vref)*10
Io = 1ma, VREF = VO3 = 1,65V
1.7V<= Vin<= 1.9V, 1.7V<= V02<= 1.9
1.8V<= VO1<= 2V, Осигурете се дека ОП АМП работи во линеарниот регион, Ова е многу важно
0.5V<= VO4<= 2.5V, Осигурете се дека ОП АМП работи во линеарниот регион, Ова е причината зошто е потребна 50Ω во серија.

Кога отпорот на влез се менува за 1Ω, Vout се менува на 10mV. Бидејќи напонот за компензација на влезот на MCP604 е 3MV ±, Кога има промена од 0,3333Ω, ќе има промена од 3,333mV, И чувствителноста на стекнување е голема.
Кога 0<= Rin<= 200Ω влез, Бидејќи јамката е поврзана во серија со 50Ω, 50Ох<= Rx<= 250
Vin1 – Vref = Rx*0.001, Единица А.

4. Калибрација на софтвер
Новите инженери секогаш се обидуваат да ја подобрат точноста на отпорниците, Но, грешката е сè уште голема. Некои инженери едноставно користат постојано прилагодливи отпорници, Прилагодете ги нивните вредности на отпорот, и користете мултиметри за да го направите излезот да ја исполни врската за трансфер. Оваа точност се чини дека е подобрена, но не е погодно за производство, и тешкотијата на дизајнот на PCB е исто така зголемена. Дури и ако се направи дебагирање, Ако завртката за прилагодување е допрена со рака, може да предизвика грешки. Единствениот начин е да користите фиксни отпорници за производство и употреба на софтвер за да помогнете во постигнување точна калибрација.
1) Кога rin = 0, Прочитајте напонска вредност и снимете ја како V50. Зачувај V50, Нема да се промени со промената на вредноста на отпорот PT100 затоа што се напојува со постојан извор на струја.
2) Поврзете го номиналниот отпорник, Нека РС = 100Ω, Прочитајте напонска вредност и снимете ја како V150. Зачувај V150, Вредноста на напонот прочитана кога е температурата 0.
3) Пресметајте го тековниот фактор на засилување: Io = (V150 – V50) / РС; Спаси ме, тоа значи дека калибрацијата е направена.
4) Кога влезниот отпор е r, Прочитаното напон е VO, тогаш r = (VO- V50) / Ио
Преку горенаведениот опис, Калибрацијата на софтверот има одлични предности, Не само удобно производство, Но, исто така и голема точност. Со цел да се подобри точноста, Излезниот напон исто така може да се подели во неколку интервали, Калибрирано одделно, и може да се добијат различни IO, така што излезната линеарност ќе биде подобра. Овие идеи се рефлектираат во мојот дизајн.

ОП AMP MCP604 Дизајн на коло

5. Пресметајте ја температурата
Кога температурата е помала од 0,
R0*C*T^4 – 100R0*C*T^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Кога температурата е поголема или еднаква на 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
Опис:
РТ е отпорност на отпорник на платина на t
R0 е вредност на отпорност на отпорник на платина на 0 ℃ 100Ω
A = 3.9082 × 10^-3
Б = -5.80195 × 10^-7
C = -4.2735 × 10^-12

6. PT100 Сензор за температура
Сензорот за температура PT100 е позитивен сензор за термистор на коефициент на температура, И нејзините главни технички параметри се како што следува:
1) Опсег на температура на мерење: -200℃ ~ +850;
2) Дозволена вредност на отстапување Δ ℃: Одделение А ±(0.15+0.002|Т.|), Одделение Б ±(0.30+0.005|Т.|);
3) Минимална длабочина на вметнување: Минималната длабочина на вметнување на термичкиот отпорник е ≥ 200мм;
4) Дозволена струја: < 5Ма;
5) Сензорот за температура PT100 исто така има предности на отпорност на вибрации, добра стабилност, висока точност, и висок притисок. Термичкиот отпорник на платина има добра линеарност. Кога се менува помеѓу 0 и 100 Целзиусови степени, Максималното нелинеарно отстапување е помало од 0,5;
Кога температурата < 0, R0*C*T^4 – 100R0*C*T^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Кога температурата ≥ 0, Rt = r0*(1+A*t+b*t*t)
Според горенаведената врска, Приближниот опсег на отпор е: 18О ~ ~ 390.3o, -197℃ е 18Ω, 850О, е 390.3o;
Опис:
РТ е отпорност на отпорник на платина на t, R0 е отпорност на отпорник на платина на 0, 100Ох
A = 3.9082 × 10^-3, Б = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12
Прирачник за упатства за сензори за температура на температурата PT100 Платинум метал
6) Дизајн на коло
7) Врска помеѓу PT100 температурата и отпорот
PT100 температурата и отпорноста ја задоволуваат следната равенка:
Кога температурата ≤0, R0*C*T^4 - 100*R0*C*T^3 + R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0
Кога температурата ≥0, R0*B*T^2 + R0*a*t + R0 – Rt = 0

Табела за споредба на температурата и отпорност PT100

Опис:
РТ е отпорност на отпорник на платина на t, R0 е отпорност на отпорник на платина на 0, 100Ох
A = 3.9082 × 10^-3, Б = -5.80195 × 10^-7, C = -4.2735 × 10^-12

1. За погодност за пресметка, Кога температурата е ≤0, нека:
Двоен A = R0*C*100000 = 100*(-4.2735× 10^-12)*100000= -4.2735/100000
Двоен B = –100*R0*C*100000 = -100*100*(-4.2735× 10^-12)*100000= 4.2735/1000
Двоен C = R0*B*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
двојно d = r0*a*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
двојно е = (100-Рт)*100000
Кога температурата ≤ 0, a*t^4 + Б*Т^3 + C*T^2 + Д*Т. + Е = 0
каде x3 е решението на PT100 кога е помалку од 0.

2. За леснотија на пресметка, Кога температурата е поголема или еднаква на 0
Двоен A = R0*B*100000 = 100*(-5.80195× 10^-7)*100000= -5.80195
Двоен Б = R0*A*100000 = 100*(3.9082× 10^-3)*100000= 39082
двојно c = (100-Рт)*100000
Кога температурата е ≥0, a*t^2 + Б*Т. + C = 0
t = [ SQRT( Б*б – 4*А*в )-б ] / 2 / а
19.785Ω одговара на -197, температурата на течен азот
18.486Ω одговара на -200 ℃
96.085Ω одговара на -10
138.505Ω одговара на 100
175.845Ω одговара на 200 ℃
247.045Ω одговара на 400