3-Draadmeetoplossing voor PT100 (OTO) Sensor

LTSpice-simulatie van 3-draads meetschema voor PT100 (OTO) sensor: Pt100 is een temperatuursensor met thermische weerstand, de volledige naam is platinaweerstand 100 ohm. Het is gemaakt van puur platina, en de weerstandswaarde ervan neemt lineair toe in een bepaalde verhouding wanneer de temperatuur verandert.

PT100, de volledige naam van platina thermische weerstand, is een resistieve temperatuursensor gemaakt van platina (Pt), en de weerstandswaarde verandert met de temperatuur. De 100 na PT betekent dat de weerstandswaarde ervan is 100 ohm bij 0℃, en de weerstandswaarde ervan is ongeveer 138.5 ohm bij 100℃. Het heeft de kenmerken van hoge precisie, goede stabiliteit, sterk anti-interferentievermogen, en de relatie tussen de weerstand en temperatuurverandering is: R=R0(1+αT), waarbij α =0,00392, Ro is 100Ω (weerstandswaarde bij 0℃), en T is de temperatuur in Celsius.

PT100 temperatuurbestendigheid overeenkomstige wijzigingstabel

2. Importeer pt100-weerstand
Omdat er geen pt100 aanwezig is in de LTspice-componentenbibliotheek, we moeten pt100 handmatig importeren. Omdat het spice-bestand van pt100 niet wordt gevonden, we importeren hier de schuifweerstand als vervanging. Om de schuifweerstand te importeren, u moet de volgende drie bestanden toevoegen aan de LTspice-installatiemap. Kopieer de drie bestanden (oplopend, asy en lib) afzonderlijk, maak voor elk bestanden aan, en plaats ze uiteindelijk op de overeenkomstige locatie van de LTSpice-installatie. Zet asc met andere schema's, zet asy in sym onder lib, en plaats lib in sub onder lib. Na het toevoegen, je kunt een potentiometer zien in de component in LTSpice. Deze potentiometer is de benodigde schuifweerstand.

potentiometer_test.asc

Versie 4
LAKEN 1 880 680
DRAAD 272 48 0 48
DRAAD 528 48 272 48
DRAAD 272 80 272 48
DRAAD 528 80 528 48
DRAAD 0 96 0 48
DRAAD 0 192 0 176
DRAAD 272 208 272 176
DRAAD 528 208 528 176
VLAG 272 208 0
VLAG 0 192 0
VLAG 320 128 uit1
VLAG 528 208 0
VLAG 576 128 uit2
SYMBOOL spanning 0 80 R0
SYMATTR InstName V1
SYMATTR-waarde 10
SYMBOOL potentiometer 272 176 M0
SYMATTR InstName U1
SYMATTR SpiceLine2-wisser=0,2
SYMBOOL potentiometer 528 176 M0
SYMATTR InstName U2
SYMATTR SpiceLine R=1
SYMATTR SpiceLine2-wisser=0,8
TEKST 140 228 Links 2 !.op

potentiometer.asy

Versie 4
SymboolType BLOK
LIJN Normaal 16 -31 -15 -16
LIJN Normaal -16 -48 16 -31
LIJN Normaal 16 -64 -16 -48
LIJN Normaal 1 -9 -15 -16
LIJN Normaal 1 0 1 -9
LIJN Normaal 1 -94 1 -87
LIJN Normaal -24 -56 -16 -48
LIJN Normaal -24 -40 -15 -48
LIJN Normaal -47 -48 -15 -48
LIJN Normaal -16 -80 16 -64
LIJN Normaal 1 -87 -16 -80
RAAM 0 30 -90 Links 2
RAAM 39 30 -50 Links 2
RAAM 40 31 -23 Links 2
SYMATTR-voorvoegsel X
SYMATTR ModelFile potentiometer.lib
SYMATTR SpiceLine R=1k
SYMATTR SpiceLine2-wisser=0,5
SYMATTR Value2-potentiometer
PIN 0 -96 GEEN 8
PINATTR Pinnaam 1
PINATTR KruidenBestel 1
PIN 0 0 GEEN 8
PINATTR Pinnaam 2
PINATTR KruidenBestel 2
PIN -48 -48 GEEN 8
PINATTR Pinnaam 3
PINATTR KruidenBestel 3

potentiometer.lib

* Dit is de potentiometer
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.SUBCKT-potentiometer 1 2 3
.parameter w=limiet(ruitenwisser,1M,.999)
R0 1 3 {R*(1-w)}
R1 3 2 {R*(w)}
.EINDE

3. Wheatstone-brug om PT100-weerstand te meten

Wheatstone-brugverbinding en LTspice-simulatiemodel

Eenarmige brug of Wheatstone-circuit

Wheatstone-brugverbinding en LTspice-simulatiemodel:
Als de brug in evenwicht is, de meetwaarde van de spanningsmeter eq?%5CgrotedriehoekupU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

Hiervan, dat kan worden afgeleid: Rt/R3=R2/R4

Dat is: Rt*R4=R2*R3

Het resultaat van de weerstandsmeting heeft op deze manier niets te maken met de nauwkeurigheid van de spanningsmeter, de nauwkeurigheid van de weerstand, en de elektromotorische kracht. Het vermijdt de fout die wordt veroorzaakt door de verandering van de voeding in de loop van de tijd, en vermijdt het probleem van de spanningsverdeling van de ampèremeter, shunt van de spanningsmeter, en te veel draadspanningsverdeling.

Verschillende meetmethoden van PT100:

Verschillende toonaangevende methoden van P-thermische weerstand

Wanneer het ter plaatse te meten temperatuurpunt zich ver van het instrument bevindt, het is noodzakelijk om de thermische weerstand aan te sluiten met een voedingsdraad. De loodweerstand is r. Het tweedraadssysteem kan de fout die wordt veroorzaakt door de draadweerstand tijdens de berekening niet vermijden, en de daadwerkelijk gemeten weerstandswaarde zal kleiner zijn.

De weerstand van de thermische weerstand plus de voedingsdraad is r

Om de fout te compenseren, er wordt een vierdraadsverbinding geïntroduceerd. Wanneer Rt met 2r toeneemt, R2 neemt ook toe met 2r. Hoe lang de draad ook is, de brug kan in evenwicht worden gebracht. Er moeten vier draden worden getrokken. Omdat de spanningen op de punten p en q gelijk zijn, ze kunnen gelijk zijn aan één punt, Dit is de driedraadsverbindingsmethode, dat is, de driedraadsverbindingsmethode die in dit experiment werd gesimuleerd. In de praktijk, driedraads wordt ook meestal gebruikt, waarbij rekening wordt gehouden met zowel zuinigheid als nauwkeurigheid.

4. Driedraadsmeting LTSpice-simulatie

3-draad meting, en sluit het opamp-circuit aan op de uitgang

Dit experiment maakt gebruik van driedraadsmeting, en verbindt het opamp-circuit met het uitgangsgedeelte om het uitgangssignaal te versterken voor eenvoudige metingen.
Uo= (V1-V2)*(R17/R15)=20*(V1-V2)

Dat is, V1=(Uo+20*V2)/20

Volgens de weerstandsspanningsverdeling:

V1 = Vs*(RT/(R2+Rt))

V2 = Vs*(R10/(R9+R10))

De ingangsspanning van deze simulatie is 3V. Na berekening, V2≈108,434mV
V1=(Uo+2168,68)/20
V1=Rt/(R7+Rpt) *3000
Dus: Rt=2000V1/(3000-V1)
Rt is de overeenkomstige weerstandswaarde van PT100. De bijbehorende temperatuurwaarde kan worden verkregen door de tabel op te zoeken.
Stel de weerstand van de glijdende reostaat in (Rt) naar 130.6 ohm voor de temperatuur van 78 graden Celsius, lees V1, V2, en Uo om Rt te berekenen.

Rt is de overeenkomstige weerstandswaarde van PT100, overeenkomstige temperatuurwaarde

V1 is ongeveer 182,82 mV, V2 is ongeveer 118,46 mV, en U0 is ongeveer 1,39V. De berekende Rpt is ongeveer 129,78 V. Uit de tabel blijkt dat de afgelezen temperatuur is 76 graden Celsius, wat dichtbij is.

Stel de weerstand van de glijdende reostaat in (Rt) naar 200.05 ohm voor de temperatuur van 266.5 graden Celsius, lees V1, V2, en Uo om Rt te berekenen.

V1 is ongeveer 270,45 mV, V2 is ongeveer 118,46 mV, en U0 is ongeveer 3,0257V. De berekende Rpt is ongeveer 198,16V, en de foutwaarde is ongeveer 1%. Uit de tabel blijkt dat de afgelezen temperatuur is 261.3 graden Celsius, met een fout van ongeveer 1%.

Het temperatuurmeetprincipe van de driedraads PT100 is voornamelijk gebaseerd op de brugmethode. Het meetcircuit is meestal een ongebalanceerde brug, en de PT100 wordt gebruikt als brugarmweerstand van de brug. Wanneer er stroom door de PT100 gaat, de verandering in de weerstandswaarde zal de verandering in de uitgangsspanning van de brug veroorzaken. Door deze uitgangsspanning te meten, de weerstandswaarde van de PT100 kan worden berekend, en dan kan de gemeten temperatuur worden verkregen.
Om de invloed van loodweerstand te elimineren, de driedraads PT100 heeft een speciaal ontwerp, één draad aansluiten op het voedingsuiteinde van de brug, en de andere twee draden zijn verbonden met de brugarm waar de PT100 zich bevindt en de brugarm ernaast. Op deze manier, beide brugarmen introduceren loodweerstanden met dezelfde weerstandswaarde, zodat de brug zich in een evenwichtige toestand bevindt. Daarom, de verandering in de leidingweerstand heeft geen invloed op het meetresultaat. Echter, er zullen nog steeds invloeden zijn zoals apparaten bij daadwerkelijke metingen. De gemeten weerstandswaarde is niet nauwkeurig. Om deze fout te elimineren, er kan enige compensatie worden toegevoegd tijdens het lezen.