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 ohm pada 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 penyelesaian litar pengambilalihan suhu
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Perintang haba logam seperti nikel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Platinum mempunyai sifat fizikal dan kimia yang paling stabil dan yang paling banyak digunakan. 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, dll. dikurangkan secara berturut -turut. PT1000, temperature measurement range is -200～420℃. Menurut standard antarabangsa IEC751, Ciri -ciri suhu Platinum Resistor PT1000 memenuhi keperluan berikut:

Lengkung ciri suhu PT1000

Menurut lengkung ciri suhu PT1000, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (Seperti yang ditunjukkan dalam angka 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

Jadual perubahan rintangan suhu PT100 1

2. Penyelesaian litar pengambilalihan yang biasa digunakan

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Julat output voltan litar pengukuran suhu ialah 0 ~ 3.3V, PT1000 (Nilai rintangan pt1000 sangat berubah, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 lebih sesuai untuk pengukuran suhu berskala besar).

Cara paling mudah ialah menggunakan kaedah pembahagian voltan. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatively, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, dan 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Voltan output boleh dipilih mengikut voltan rujukan yang diperlukan. Sudah tentu, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, ia tidak dapat melebihi 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.
Sudah tentu, 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.
Contohnya, 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. Ingat, Voltan output yang dikira teoretikal tidak boleh melebihi +5v. Jika tidak, the microcontroller will be damaged.

2.3 Pengukuran jambatan yang paling biasa digunakan

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, di mana r11 = r13 = 10k, R12=1000R precision resistor. Apabila nilai rintangan pt1000 tidak sama dengan nilai rintangan r12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Isyarat perbezaan voltan ini dikuatkan oleh litar penguat instrumen dan mengeluarkan isyarat voltan yang dikehendaki, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Prinsip pengukuran rintangan litar ini:

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

2) Pada 0 darjah, rintangan pt1000 adalah 1kΩ, maka ub dan ua sama, itu, Uba = Ub – Lakukan = 0.
3) Dengan mengandaikan bahawa pada suhu tertentu, Rintangan PT1000 ialah 1.5kΩ, maka ub dan ua tidak sama. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Lakukan > 0.
4) Op07 adalah penguat operasi, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, di mana a = r2/r1 = 17.5.
5) Voltan output uo op07 = uba * A. Jadi jika kita menggunakan voltmeter untuk mengukur voltan output Op07, kita dapat menyimpulkan nilai uAb. Oleh kerana ua adalah nilai yang diketahui, kita dapat mengira nilai UB lagi. Kemudian, using the voltage divider principle, kita boleh mengira nilai rintangan tertentu pt1000. Proses ini dapat dicapai melalui pengiraan perisian.
6) Sekiranya kita mengetahui nilai rintangan PT1000 pada suhu, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Sumber semasa yang berterusan
Kerana kesan pemanasan diri dari perintang terma, 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. Telah disahkan bahawa pemanasan diri platinum perintang pt100 dari 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. Walau bagaimanapun, Sekiranya arus terlalu kecil, Ia terdedah kepada gangguan bunyi, so it is generally taken at 0.5 ke 2 ma, Oleh itu, arus sumber arus berterusan dipilih sebagai sumber semasa malar 1mA.

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. Litar ditunjukkan dalam angka:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, dan formula pengiraan untuk arus output adalah:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% perintang ketepatan. Arus output terakhir ialah 0.996mA, itu, ketepatannya 0.4%.
Litar sumber semasa yang berterusan harus mempunyai ciri -ciri berikut:
Kestabilan suhu: Oleh kerana persekitaran pengukuran suhu kami adalah 0-100 ℃, Output sumber semasa tidak boleh sensitif terhadap suhu. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Peraturan beban yang baik: Sekiranya riak semasa terlalu besar, ia akan menyebabkan kesilapan membaca. Menurut analisis teoritis. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, dan julat pengukuran suhu adalah 0-100 ℃, Ketepatan pengukuran suhu adalah ± 1 darjah Celsius, Oleh itu, voltan output harus berubah sebanyak 38.5/100 = 0.385mv untuk setiap 1 ℃ kenaikan suhu ambien. Untuk memastikan turun naik semasa tidak menjejaskan ketepatannya, Pertimbangkan kes yang paling melampau, pada 100 darjah Celsius, Nilai rintangan PT100 mestilah 138.5R. Maka riak semasa hendaklah kurang daripada 0.385/138.5 = 0.000278mA, itu, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. Dalam simulasi sebenar, sumber semasa kekal pada dasarnya tidak berubah.

3. Penyelesaian Litar Perolehan AD623
Prinsip ini boleh merujuk kepada prinsip pengukuran jambatan di atas.
Pengambilalihan suhu rendah:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Pengambilalihan suhu tinggi
Insert picture description here

4. Penyelesaian Litar Perolehan 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
Pengambilalihan suhu di beberapa kompleks, Persekitaran yang keras atau khas akan tertakluk kepada gangguan yang hebat, terutamanya termasuk EMI dan REI. Contohnya, Dalam penggunaan pengambilalihan suhu motor, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

Terdapat juga sebilangan besar senario kawalan suhu di dalam kenderaan penerbangan dan aeroangkasa, yang mengukur dan mengawal sistem kuasa dan sistem kawalan alam sekitar. Inti kawalan suhu adalah pengukuran suhu. Oleh kerana rintangan termistor dapat berubah secara linear dengan suhu, Menggunakan rintangan platinum untuk mengukur suhu adalah kaedah pengukuran suhu ketepatan tinggi yang berkesan. Masalah utama adalah seperti berikut:
1. Rintangan pada wayar plumbum mudah diperkenalkan, dengan itu mempengaruhi ketepatan pengukuran sensor;
2. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, mempengaruhi ketepatan pengukuran.

5.1 Aeroangkasa Litar Pengambilalihan PT1000 Aeroangkasa
Rujuk kepada reka bentuk litar pengambilalihan PT1000 untuk gangguan anti-elektromagnetik dalam penerbangan tertentu.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Penapis ditetapkan pada hujung paling luar litar pengambilalihan. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
Voltan input +15V ditukar menjadi sumber voltan ketepatan tinggi +5V melalui pengawal voltan. 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. Output OP amp disambungkan ke input membalikkan untuk membentuk pengikut voltan, dan input pembalik disambungkan ke pelabuhan tanah pengatur voltan untuk memastikan bahawa voltan pada input fasa sentiasa sifar. Setelah melalui penapis S2, Satu hujung A perintang PT1000 dibahagikan kepada dua laluan, one through resistor R4 as the differential voltage input D, dan satu melalui perintang R2 hingga Agnd. Setelah melalui penapis S3, Hujung lain b dari perintang PT1000 dibahagikan kepada dua laluan, one through resistor R5 as the differential voltage input E, dan satu melalui perintang R3 hingga Agnd. D dan E disambungkan melalui kapasitor C3, D disambungkan ke AGND melalui kapasitor C1, dan e disambungkan ke AGND melalui kapasitor C2. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

Voltan input +15V ditukar menjadi sumber voltan ketepatan tinggi +5V melalui pengawal voltan. +5v disambungkan secara langsung ke r1. Hujung R1 yang lain dibahagikan kepada dua laluan, yang disambungkan ke input fasa op amp, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. Output OP amp disambungkan ke input membalikkan untuk membentuk pengikut voltan, dan input pembalik disambungkan ke pelabuhan tanah pengatur voltan untuk memastikan bahawa voltan pada input terbalik selalu sifar. Pada masa ini, Arus mengalir melalui R1 adalah 0.5mA yang tetap. Pengatur voltan menggunakan AD586TQ/883B, dan op amp menggunakan op467a.

Setelah melalui penapis S2, Satu hujung A perintang PT1000 dibahagikan kepada dua laluan, satu melalui perintang R4 sebagai akhir input voltan pembezaan d, dan satu melalui perintang R2 hingga Agnd. Setelah melalui penapis S3, Hujung lain b dari perintang PT1000 dibahagikan kepada dua laluan, satu melalui perintang R5 sebagai akhir input voltan pembezaan e, dan satu melalui perintang R3 hingga Agnd. D dan E disambungkan melalui kapasitor C3, D disambungkan ke AGND melalui kapasitor C1, dan e disambungkan ke AGND melalui kapasitor C2.
Rintangan R4 dan R5 adalah ohm 4.02k, Rintangan R1 dan R2 adalah ohm 1m, Kapasiti C1 dan C2 ialah 1000pf, dan kapasitansi C3 adalah 0.047UF. R4, R5, C1, C2, dan C3 bersama -sama membentuk rangkaian penapis RFI. 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. Pengiraan kekerapan cutoff -3db dari gangguan mod umum dan gangguan mod pembezaan yang dibawa dalam isyarat input ditunjukkan dalam formula:

Aeroangkasa Litar Pengambilalihan PT1000 Aeroangkasa

Menggantikan nilai rintangan ke dalam pengiraan, kekerapan pemotongan mod biasa ialah 40khz, dan kekerapan pemotongan mod pembezaan ialah 2.6khz.
Titik akhir B disambungkan ke AGND melalui penapis S4. Antara mereka, Terminal tanah penapis dari S1 hingga S4 semuanya disambungkan ke tanah pelindung pesawat. Oleh kerana arus mengalir melalui PT1000 adalah 0.05mA yang diketahui, Nilai rintangan tepat PT1000 boleh dikira dengan mengukur voltan pembezaan di kedua -dua hujung d dan e.
S1 hingga S4 Gunakan penapis T-Type, Model GTL2012X -103T801, with a cutoff frequency of M±20%. Litar ini memperkenalkan penapis lulus rendah ke garisan antara muka luaran dan melakukan penapisan RFI pada voltan pembezaan. Sebagai litar pra -proses untuk PT1000, ia berkesan menghapuskan gangguan radiasi elektromagnet dan RFI, yang sangat meningkatkan kebolehpercayaan nilai yang dikumpulkan. Di samping itu, Voltan diukur secara langsung dari kedua -dua hujung perintang PT1000, menghapuskan kesilapan yang disebabkan oleh rintangan utama dan meningkatkan ketepatan nilai rintangan.

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 Penapis t-jenis
Insert picture description here
Penapis T-jenis terdiri daripada dua induktor dan kapasitor. Kedua -dua hujungnya mempunyai impedans yang tinggi, dan prestasi kehilangan penyisipannya serupa dengan penapis jenis π, Tetapi ia tidak terdedah kepada “berdering” dan boleh digunakan dalam menukar litar.