PT100/PT1000 temperatuurregistratiecircuitoplossing

1. PT100 en PT1000 temperatuurbestendigheidswijzigingstabel
Metalen thermische weerstanden zoals nikkel, koper- en platinaweerstanden hebben een positieve correlatie met de verandering in weerstand met temperatuur. Platina heeft de meest stabiele fysische en chemische eigenschappen en is het meest gebruikt. Het temperatuurmeetbereik van de veelgebruikte platinaweerstand Pt100 is -200 ~ 850 ℃. In aanvulling, de temperatuurmeetbereiken van Pt500, Pt1000, enz. zijn achtereenvolgens verminderd. Pt1000, temperatuurmeetbereik -200~420 ℃. Volgens de IEC751 International Standard, De temperatuurkarakteristieken van de platina -weerstand PT1000 voldoen aan de volgende vereisten:

PT1000 temperatuurkarakteristiek curve

Volgens de PT1000 -temperatuurkarakteristiekcurve, de helling van de weerstandskarakteristiek verandert weinig binnen het normale bedrijfstemperatuurbereik (zoals weergegeven in figuur 1). Door lineaire montage, de geschatte relatie tussen weerstand en temperatuur is:

1.1 PT100 Temperatuurweerstand Wijziging Tabel

PT100 Temperatuurweerstand Wijziging Tabel

1.2 PT1000 temperatuurweerstandswijzigingstabel

PT1000 Wijzigingstabel temperatuurweerstand

2. Veelgebruikte oplossingen voor acquisitiecircuit

2.1 Weerstand spanningsverdeling uitgang 0~3.3V/3V analoge spanning

Directe acquisitie van AD-poorten met één chip
Het temperatuurmetingscircuitspanningsuitgangsbereik is 0 ~ 3,3V, PT1000 (PT1000 weerstandswaarde verandert sterk, De gevoeligheid van de temperatuurmeting is hoger dan PT100; PT100 is meer geschikt voor grootschalige temperatuurmeting).

De weerstandsspanningsdeler geeft een analoge spanning van 0 ~ 3,3 V en 3 V weer

De eenvoudigste manier is door de methode van de spanningsverdeling te gebruiken. De spanning is de spanningsreferentiebron 4V die wordt gegenereerd door de TL431-spanningsreferentiebronchip, of REF3140 kan worden gebruikt om 4,096V als referentiebron te genereren. De referentiebronchips bevatten ook REF3120, 3125, 3130, 3133, En 3140. De chip maakt gebruik van een SOT-32-pakket en een ingangsspanning van 5V. De uitgangsspanning kan worden geselecteerd volgens de vereiste referentiespanning. Natuurlijk, volgens het normale ingangsspanningsbereik van de MCU AD-poort, Het kan niet hoger zijn dan 3V/3.3V.

2.2 Weerstand spanningsverdeling uitgang 0 ~ 5V analoge spanning MCU AD-poort directe acquisitie.
Natuurlijk, sommige circuits gebruiken een 5V MCU-voeding, en de maximale bedrijfsstroom van PT1000 is 0,5 mA, daarom moet de juiste weerstandswaarde worden gebruikt om de normale werking van de componenten te garanderen.
Bijvoorbeeld, de 3,3V in het bovenstaande spanningsverdelingsschema is vervangen door 5V. Het voordeel hiervan is dat de 5V-spanningsverdeling gevoeliger is dan 3,3V, en de acquisitie is nauwkeuriger. Herinneren, De theoretische berekende uitgangsspanning kan niet hoger zijn dan +5V. Anders, het zal schade aan de MCU veroorzaken.

2.3 De meest gebruikte brugmeting
R11, R12, R13 en Pt1000 worden gebruikt om een ​​meetbrug te vormen, waar r11 = r13 = 10k, R12=1000R precisieweerstanden. Wanneer de weerstandswaarde van PT1000 niet gelijk is aan de weerstandswaarde van R12, de brug zal een spanningsverschilsignaal op mV-niveau uitvoeren. Dit spanningsverschilsignaal wordt versterkt door het instrumentversterkercircuit en voert het gewenste spanningssignaal uit. Dit signaal kan rechtstreeks worden aangesloten op de AD-conversiechip of de AD-poort van de microcontroller.

R11, R12, R13 en Pt1000 worden gebruikt om een ​​meetbrug te vormen

Het principe van weerstandsmeting van dit circuit:
1) PT1000 is een thermistor. Naarmate de temperatuur verandert, de weerstand verandert in principe lineair.
2) Bij 0 graden, De weerstand van PT1000 is 1kΩ, dan zijn ub en ua gelijk, dat is, Uba = ub – Doen = 0.
3) Uitgaande van dat bij een bepaalde temperatuur, De weerstand van PT1000 is 1,5 kΩ, dan zijn UB en UA niet gelijk. Volgens het spanningsdelingsprincipe, we kunnen erachter komen dat Uba = Ub – Doen > 0.
4) Op07 is een operationele versterker, en de spanningsversterking A hangt af van het externe circuit, waarbij a = r2/r1 = 17.5.
5) De uitgangsspanning UO van OP07 = UBA * A. Dus als we een voltmeter gebruiken om de uitgangsspanning van OP07 te meten, We kunnen de waarde van UAB afleiden. Omdat UA een bekende waarde is, We kunnen de waarde van UB verder berekenen. Dan, gebruikmakend van het spanningsdelingsprincipe, We kunnen de specifieke weerstandswaarde van PT1000 berekenen. Dit proces kan worden bereikt door softwareberekening.
6) Als we de weerstandswaarde van PT1000 bij elke temperatuur kennen, we hoeven alleen maar de tabel op te zoeken op basis van de weerstandswaarde om de huidige temperatuur te kennen.

2.4 Constante stroombron
Vanwege het zelfverwarmende effect van de thermische weerstand, de stroom die door de weerstand vloeit moet zo klein mogelijk zijn. Algemeen, de stroom zal naar verwachting minder dan 10 mA zijn. Er is geverifieerd dat het zelfverwarmen van de platinaresistor pt100 van 1 mW zal een temperatuurverandering van 0,02-0,75℃ veroorzaken. Daarom, het verminderen van de stroom van de platinaweerstand PT100 kan ook de temperatuurverandering ervan verminderen. Echter, Als de stroom te klein is, Het is vatbaar voor ruisinterferentie, dus de waarde is over het algemeen 0.5-2 mA, Dus de constante stroombronstroom wordt geselecteerd als een 1MA -constante stroombron.

De chip wordt geselecteerd als de constante spanningsbronchip TL431, en vervolgens omgezet in een constante stroombron met behulp van huidige negatieve feedback. Het circuit wordt in de figuur getoond

Onder hen, de operationele versterker CA3140 wordt gebruikt om het laadvermogen van de stroombron te verbeteren, en de berekeningsformule voor de uitgangsstroom is:

De weerstand moet een zijn 0.1% precisieweerstand. De uiteindelijke uitgangsstroom is 0,996 mA, dat is, De nauwkeurigheid is 0.4%.

Het constante stroombroncircuit moet de volgende kenmerken hebben

Selecteer de constante spanningsbronchip TL431

Temperatuurstabiliteit: Omdat onze temperatuurmeetomgeving 0-100 ℃ is, De uitgang van de huidige bron mag niet gevoelig zijn voor temperatuur. De TL431 heeft een extreem lage temperatuurcoëfficiënt en een lage temperatuurdrift.

Goede load -verordening: Als de huidige rimpel te groot is, Het zal leesfouten veroorzaken. Volgens theoretische analyse, aangezien de ingangsspanning varieert tussen 100-138,5 mV, en het temperatuurmeetbereik is 0-100 ℃, De temperatuurmetingsnauwkeurigheid is ± 1 graad Celsius, Dus de uitgangsspanning moet veranderen met 38,5/100 = 0,385 mV voor elke 1 ℃ toename van de omgevingstemperatuur. Om ervoor te zorgen dat de huidige fluctuatie geen invloed heeft op de nauwkeurigheid, Overweeg de meest extreme zaak, bij 100 graden Celsius, De weerstandswaarde van PT100 moet 138,5r zijn. Dan moet de huidige rimpel minder zijn dan 0,385/138,5 = 0,000278 mA, dat is, de stroomverandering tijdens de belastingverandering moet minder zijn dan 0,000278mA. In de daadwerkelijke simulatie, De huidige bron blijft in principe ongewijzigd.
3. AD623 Acquisition Circuit -oplossing

AD623 acquisitie PT1000 circuitoplossing

Het principe kan verwijzen naar het bovenstaande brugmeetprincipe.
Acquisitie op lage temperatuur:

Acquisitie op hoge temperatuur

4. AD620 Acquisition Circuit -oplossing

AD620 PT100 acquisitieoplossing

AD620 PT100 acquisitie-oplossing hoge temperatuur (150°):

AD620 PT100 acquisitieoplossing lage temperatuur (-40°):

AD620 PT100 acquisitieoplossing kamertemperatuur (20°):

5. PT100 en PT1000 anti-interferentiefilteranalyse

Temperatuurverwerving in sommige complex, harde of speciale omgevingen zullen onderworpen zijn aan geweldige interferentie, voornamelijk inclusief EMI en REI.

Bijvoorbeeld, bij de toepassing van motortemperatuurverwerving, motorbesturing en hoge rotatiesnelheid van de motor veroorzaken hoogfrequente storingen.

Er zijn ook een groot aantal temperatuurregelingscenario's in de luchtvaart- en ruimtevaartvoertuigen, die het energiesysteem en het milieucontrolesysteem meten en regelen. De kern van temperatuurregeling is temperatuurmeting. Omdat de weerstand van de thermistor lineair kan veranderen met de temperatuur, Het gebruik van platinaresistentie om de temperatuur te meten is een effectieve methode voor het meet van de hoge nauwkeurige temperatuur. De belangrijkste problemen zijn als volgt:
1. De weerstand op de looddraad is gemakkelijk geïntroduceerd, dus de meetnauwkeurigheid van de sensor beïnvloeden;
2. In sommige omgevingen met sterke elektromagnetische interferentie, de interferentie kan na gelijkrichting door de instrumentversterker worden omgezet in gelijkstroomuitvoer
Offsetfout, De nauwkeurigheid van de meetnauwkeurigheid.
5.1 Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit

Aerospace Airborne PT1000 Acquisition Circuit

Raadpleeg het ontwerp van een Airborne PT1000-acquisitiecircuit voor anti-elektromagnetische interferentie in een bepaalde luchtvaart.

Een filter is ingesteld aan het buitenste uiteinde van het acquisitiecircuit. Het PT1000-voorverwerkingscircuit voor acquisitie is geschikt voor anti-elektromagnetische interferentie-voorverwerking van de interface van elektronische apparatuur in de lucht;
Het specifieke circuit is:
De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar, en de +5V zeer nauwkeurige spanningsbron is rechtstreeks verbonden met de weerstand R1.
Het andere uiteinde van de weerstand R1 is verdeeld in twee paden, Een verbonden met de in-fase-ingang van de op-amp, en de andere aangesloten op de PT1000-weerstand A-uiteinde via het T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de infase-ingang altijd nul is. Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één pad wordt gebruikt als de differentiële spanningsingang D via weerstand R4, en het andere pad is via weerstand R2 verbonden met AGND. Na het passeren van het S3 -filter, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één pad wordt gebruikt als de differentiële spanningsingangsklem E via weerstand R5, en het andere pad is via weerstand R3 verbonden met AGND. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2; de precieze weerstandswaarde van PT1000 kan worden berekend door de differentiële spanning tussen D en E te meten.

De +15V-ingangsspanning wordt omgezet in een +5V zeer nauwkeurige spanningsbron via een spanningsregelaar. De +5V is rechtstreeks verbonden met R1. Het andere uiteinde van R1 is verdeeld in twee paden, één is aangesloten op de in-fase-ingang van de opamp, en de andere is verbonden met de PT1000-weerstand A via het T-type filter S1. De uitgang van de op -amp is verbonden met de inverterende ingang om een ​​spanningsvolger te vormen, en de inverterende ingang is verbonden met de grondpoort van de spanningsregelaar om ervoor te zorgen dat de spanning bij de inverterende ingang altijd nul is. Op dit moment, De stroom die door R1 stroomt, is een constante 0,5 mA. De spanningsregelaar gebruikt AD586TQ/883B, en de op -amp gebruikt op467a.

Na het passeren van het S2 -filter, Eén uiteinde A van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R4 als de differentiële spanningsingangeinde D D, en één via weerstand R2 tot Agnd; nadat het door het S3-filter is gegaan, De andere uiteinde B van de PT1000 -weerstand is verdeeld in twee paden, één door weerstand R5 als de differentiële spanningsingangeinde e, en één via weerstand R3 tot Agnd. D en E zijn verbonden via condensator C3, D is verbonden met AGND via condensator C1, en E is verbonden met AGND via condensator C2.
De weerstand van R4 en R5 is 4,02k ohm, De weerstand van R1 en R2 is 1m ohm, De capaciteit van C1 en C2 is 1000 pf, en de capaciteit van C3 is 0,047UF. R4, R5, C1, C2, en C3 vormen samen een RFI -filternetwerk, waarmee de laagdoorlaatfiltering van het ingangssignaal is voltooid, en de uit te filteren objecten omvatten de differentiële modusinterferentie en de gemeenschappelijke modusinterferentie die in het differentiële ingangssignaal wordt overgedragen. De berekening van de ‑3dB -afsnijfrequentie van de interferentie van de gemeenschappelijke modus en differentiële modus interferentie die in het ingangssignaal wordt gedragen, wordt weergegeven in de formule:

De weerstandswaarde vervangen door de berekening, De voorkomende frequentie van de gewone modus is 40 kHz, en de afsnijdfrequentie van de differentiële modus is 2,6 kHz.
Eindpunt B is verbonden met AGND via het S4 -filter. Onder hen, De filtergrondaansluitingen van S1 tot S4 zijn allemaal verbonden met de luchtafscherming van het vliegtuig. Omdat de stroom die door PT1000 stroomt, een bekende 0,05 mA is, De precieze weerstandswaarde van PT1000 kan worden berekend door de differentiële spanning aan beide uiteinden van D en E te meten.
S1 tot S4 Gebruik t-type filters, Model GTL2012X - 103T801, met een afsnijfrequentie van 1M±20%. Dit circuit introduceert low-pass filters in de externe interfacelijnen en voert RFI-filtering uit op de differentiële spanning. Als voorbewerkingscircuit voor PT1000, Het elimineert effectief elektromagnetische en RFI -stralingsinterferentie, die de betrouwbaarheid van de verzamelde waarden aanzienlijk verbetert. In aanvulling, De spanning wordt direct gemeten aan beide uiteinden van de PT1000 -weerstand, het elimineren van de fout veroorzaakt door de loodweerstand en het verbeteren van de nauwkeurigheid van de weerstandswaarde.

5.2 T-type filter
Het T-type filter bestaat uit twee inductoren en condensatoren. Beide uiteinden ervan hebben een hoge impedantie, en de prestaties van het invoegverlies zijn vergelijkbaar met die van het π-type filter, Maar het is niet vatbaar voor “rinkelen” en kan worden gebruikt bij het schakelen van circuits.