Pemerolehan Suhu bagi 2, 3, dan Penderia Suhu PT100 4-Wayar

Artikel itu memperkenalkan bagaimana 2, 3, dan sensor PT100 4-wayar ditukar kepada isyarat voltan melalui perubahan rintangan, dan sumber arus tetap digunakan untuk melindungi sensor dan memastikan ketepatan penukaran isyarat. Sensor PT100 memperoleh suhu dengan mengukur perubahan dalam rintangan elektriknya, yang berkorelasi secara langsung dengan suhu yang terdedah kepadanya; apabila suhu meningkat, rintangan unsur platinum dalam sensor juga meningkat, membenarkan pengiraan suhu yang tepat berdasarkan perubahan rintangan ini; pada asasnya, The “100” dalam PT100 menandakan bahawa sensor mempunyai rintangan 100 ohm pada 0 ° C., dan nilai ini boleh diramalkan berubah dengan turun naik suhu. Aplikasi penguat kendalian MCP604 dalam reka bentuk litar menekankan kesan ciri-cirinya seperti voltan mengimbangi input rendah dan arus pincang pada ketepatan. Penentukuran perisian digunakan untuk meningkatkan ketepatan dalam reka bentuk litar, mengelakkan kesulitan pelarasan fizikal. Akhirnya, artikel memberikan formula hubungan antara suhu dan nilai rintangan platinum, yang digunakan untuk mengira nilai suhu.

Reka bentuk pemerolehan suhu penderia suhu PT100 2 wayar

Pemerolehan suhu penderia suhu PT100 3 wayar tersuai China

Pemerolehan suhu penderia suhu PT100 4 wayar

Perkara utama mengenai pemerolehan suhu PT100:
Pengesan suhu rintangan (Rtd):
PT100 adalah sejenis RTD, bermakna ia mengukur suhu dengan mengesan perubahan dalam rintangan elektriknya.
Unsur platinum:
Elemen penderiaan dalam PT100 diperbuat daripada platinum, yang mempamerkan hubungan yang sangat stabil dan linear antara rintangan dan suhu.
Proses pengukuran: Sensor diletakkan di persekitaran di mana suhu perlu diukur.
Rintangan unsur platinum diukur menggunakan litar elektronik khusus.
Nilai rintangan yang diukur kemudiannya ditukar kepada suhu menggunakan formula matematik berdasarkan pekali suhu platinum yang diketahui..

Kelebihan sensor PT100:
Ketepatan yang tinggi: Dianggap sebagai salah satu penderia suhu paling tepat yang tersedia kerana kelakuan platinum yang stabil.
Julat suhu yang luas:　Boleh mengukur suhu dari -200 ° C hingga 850 ° C bergantung kepada reka bentuk sensor.
Linearity yang baik: Hubungan antara rintangan dan suhu adalah agak linear, memudahkan tafsiran data.

Pertimbangan penting:
Penentukuran: Untuk memastikan ukuran yang tepat, Penderia PT100 perlu ditentukur secara berkala terhadap piawai rujukan.
Rintangan wayar plumbum: Rintangan wayar penyambung boleh menjejaskan ketepatan pengukuran, jadi pertimbangan sewajarnya bagi pampasan wayar plumbum selalunya diperlukan.
Kesesuaian aplikasi: Walaupun sangat tepat, Penderia PT100 mungkin tidak sesuai untuk persekitaran yang sangat keras atau aplikasi yang memerlukan masa tindak balas yang sangat pantas.

1. Prinsip asas pemerolehan isyarat
PT100 menukar isyarat suhu kepada output rintangan, dan nilai rintangannya berjulat dari 0 kepada 200Ω. Penukar AD hanya boleh menukar voltan dan tidak boleh mengumpul suhu secara langsung. Oleh itu, sumber arus malar 1mA diperlukan untuk menggerakkan PT100 dan menukar perubahan rintangan kepada perubahan voltan. Faedah menggunakan sumber arus malar ialah ia boleh memanjangkan hayat penderia. Oleh kerana julat isyarat input ialah 0 kepada 200mV, isyarat perlu dikuatkan dan kemudian AD ditukar untuk mendapatkan data isyarat elektrik.

Sebab tidak menggunakan reka bentuk sumber voltan malar:

Jika sumber voltan malar digunakan untuk bekalan kuasa, dan kemudian perintang dan PT100 disambung secara bersiri, dan voltan dibahagikan, ada masalah. Apabila rintangan PT100 terlalu kecil, arus yang mengalir melalui PT100 adalah terlalu besar, mengakibatkan hayat sensor yang lebih pendek.

2. Op amp menggunakan MCP604
Ciri MCP604:
1) Julat voltan ialah 2.7~6.0V
2) Output ialah Rel-ke-Rel
3) Julat suhu operasi: -40°C hingga +85°C
4) Voltan mengimbangi input ialah ±3mV, nilai biasa ialah 1mV, Kepekaan yang tinggi.
5) Arus pincang masukan ialah 1pA, apabila TA = +85°C, I=20pA, meningkatkan ketepatan pemerolehan.
6) Ayunan voltan keluaran linear: VSS+0.1 ~ VDD–0.1, unit ialah V.

Apabila voltan bekalan kuasa ialah 3.3V, ayunan voltan keluaran linear ialah 0.1~3.2V. Untuk memastikan isyarat yang dikuatkan berfungsi di kawasan linear, apabila VDD=3.3V, kami menetapkan voltan keluaran MCP604 untuk kekal pada: 0.5V ~ 2.5V untuk memenuhi keperluan reka bentuk litar op amp.

Op amp dalam buku elektronik analog ialah penguat operasi yang ideal, yang berbeza daripada penguat sebenar. Oleh itu, perlu dipertimbangkan “voltan mengimbangi input”, “arus pincang masukan” dan “ayunan voltan keluaran linear” semasa mereka bentuk.

3. Gambar rajah litar
R11 dalam rajah ialah litar pincang untuk mengelakkan peringkat terakhir keluaran penguat pembezaan daripada herotan tepu.
1) Pilih faktor penguatan yang sesuai untuk mengurangkan ralat keluaran. Kerana kewujudan voltan mengimbangi input, apabila faktor penguatan meningkat, ralat output juga akan meningkat, yang mesti dipertimbangkan dalam reka bentuk.
2) Faktor penguatan litar ini ialah 10. Dengan mengandaikan voltan mengimbangi input biasa ialah 3mV, jika isyarat input berubah kepada 5mV, 2mV tidak akan dikuatkan, yang akan menghasilkan ralat keluaran sebanyak 20mV.

Op amp pengesan suhu PT100 menggunakan gambar rajah litar MCP604

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I=1mA, Vref=Vo3=1.65V
1.7V<=Vin<=1.9V, 1.7V<=V02<=1.9
1.8V<=Vo1<=2V, pastikan op amp berfungsi di kawasan linear, ini sangat penting
0.5V<=Vo4<=2.5V, pastikan op amp berfungsi di kawasan linear, inilah sebabnya 50Ω diperlukan secara bersiri.

Apabila rintangan input berubah sebanyak 1Ω, Vout berubah kepada 10mV. Oleh kerana voltan pampasan input MCP604 ialah ±3mV, apabila terdapat perubahan 0.3333Ω, akan ada perubahan 3.333mV, dan sensitiviti pemerolehan adalah tinggi.
Apabila 0<=Rin<=200Ω input, kerana gelung disambung secara bersiri dengan 50Ω, 50Oh<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0.001, unit A

4. Penentukuran perisian
Jurutera baru sentiasa cuba meningkatkan ketepatan perintang, tetapi ralatnya masih besar. Sesetengah jurutera hanya menggunakan perintang boleh laras berterusan, laraskan nilai rintangan mereka, dan gunakan multimeter untuk menjadikan output memenuhi perhubungan pemindahan. Ketepatan ini nampaknya dipertingkatkan, tetapi ia tidak sesuai untuk pengeluaran, dan kesukaran reka bentuk PCB juga meningkat. Walaupun penyahpepijatan dilakukan, jika skru pelarasan disentuh dengan tangan, ia boleh menyebabkan kesilapan. Satu-satunya cara ialah menggunakan perintang tetap untuk pengeluaran dan menggunakan perisian untuk membantu mencapai penentukuran yang tepat.
1) Apabila Rin=0, baca nilai voltan dan rekodkannya sebagai V50. Jimat V50, ia tidak akan berubah dengan perubahan nilai rintangan PT100 kerana ia dikuasakan oleh sumber arus malar.
2) Sambungkan perintang nominal, biarkan Rs=100Ω, baca nilai voltan dan rekodkannya sebagai V150. Jimat V150, nilai voltan dibaca apabila suhu 0.
3) Kira faktor penguatan semasa: Io = (V150 – V50) / Rs; selamatkan Aku, ini bermakna penentukuran telah dilakukan.
4) Apabila rintangan masukan ialah R, bacaan voltan ialah Vo, maka R = (Vo- V50) / Io
Melalui huraian di atas, penentukuran perisian mempunyai kelebihan yang besar, bukan sahaja pengeluaran yang mudah, tetapi juga ketepatan yang tinggi. Untuk meningkatkan ketepatan, voltan keluaran juga boleh dibahagikan kepada beberapa selang, ditentukur secara berasingan, dan Io berbeza boleh diperolehi, supaya lineariti keluaran akan menjadi lebih baik. Idea ini tercermin dalam reka bentuk saya.

Reka bentuk litar OP AMP MCP604

5. Kira suhu
Apabila suhu kurang daripada 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Apabila suhu lebih besar daripada atau sama dengan 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
Penerangan:
Rt ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada t ℃
R0 ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada 0℃ 100Ω
A=3.9082×10^-3
B=-5.80195×10^-7
C=-4.2735×10^-12

6. Penderia suhu Pt100
Sensor suhu Pt100 ialah sensor termistor pekali suhu positif, dan parameter teknikal utamanya adalah seperti berikut:
1) Julat suhu pengukuran: -200℃ ~ +850 ℃;
2) Nilai sisihan yang dibenarkan Δ℃: Gred A ±(0.15+0.002|t|), Gred B ±(0.30+0.005|t|);
3) Kedalaman sisipan minimum: Kedalaman sisipan minimum perintang haba ialah ≥200mm;
4) Arus yang dibenarkan: < 5ma;
5) Sensor suhu Pt100 juga mempunyai kelebihan rintangan getaran, kestabilan yang baik, ketepatan yang tinggi, dan tekanan tinggi. Perintang haba platinum mempunyai kelinearan yang baik. Apabila menukar antara 0 dan 100 darjah Celsius, sisihan tak linear maksimum adalah kurang daripada 0.5 ℃;
Apabila suhu < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Apabila suhu ≥ 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
Mengikut hubungan di atas, anggaran julat rintangan ialah: 18Ω~390.3Ω, -197℃ ialah 18Ω, 850Ω ialah 390.3Ω;
Penerangan:
Rt ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada t ℃, R0 ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada 0 ℃, 100Oh
A=3.9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12
Manual arahan penderia suhu logam platinum PT100
6) Reka bentuk litar
7) Hubungan antara suhu PT100 dan rintangan
Suhu dan rintangan PT100 memenuhi persamaan berikut:
Apabila suhu ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Apabila suhu ≥0, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt =0

Jadual perbandingan suhu dan rintangan PT100

Penerangan:
Rt ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada t ℃, R0 ialah nilai rintangan bagi perintang platinum pada 0 ℃, 100Oh
A=3.9082×10^-3, B=-5.80195×10^-7, C=-4.2735×10^-12

1. Untuk kemudahan pengiraan, apabila suhu ≤0, biarkan:
dua kali ganda a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4.2735/100000
berganda b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4.2735/1000
ganda c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
ganda d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
ganda e= (100-Rt)*100000
Apabila suhu ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
di mana x3 ialah penyelesaian PT100 apabila kurang daripada 0℃.

2. Untuk memudahkan pengiraan, apabila suhu lebih besar daripada atau sama dengan 0
dua kali ganda a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5.80195
ganda b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
ganda c= (100-Rt)*100000
Apabila suhu ≥0, a*t^2 + b*t + c =0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / a
19.785Ω sepadan dengan -197 ℃, suhu nitrogen cecair
18.486Ω sepadan dengan -200 ℃
96.085Ω sepadan dengan -10 ℃
138.505Ω sepadan dengan 100 ℃
175.845Ω sepadan dengan 200 ℃
247.045Ω sepadan dengan 400 ℃