PT100/PT1000 temperaturregistreringskretsløsning

1. PT100 og PT1000 endringstabell for temperaturmotstand
Termiske metallmotstander som nikkel, kobber- og platinamotstander har en positiv korrelasjon med endringen i motstand med temperatur. Platina har de mest stabile fysiske og kjemiske egenskapene og er den mest brukte. Temperaturmåleområdet til den vanlig brukte platinamotstanden Pt100 er -200~850 ℃. I tillegg, temperaturmåleområdene til Pt500, PT1000, osv. reduseres suksessivt. PT1000, temperaturmåleområde -200～420 ℃. I henhold til den internasjonale standarden IEC751, temperaturegenskapene til platinamotstanden Pt1000 oppfyller følgende krav:

Pt1000 temperaturkarakteristikk

I henhold til Pt1000 temperaturkarakteristikk, helningen til motstandskarakteristikken endres lite innenfor det normale driftstemperaturområdet (som vist i figuren 1). Gjennom lineær tilpasning, den omtrentlige sammenhengen mellom motstand og temperatur er:

1.1 PT100 endringstabell for temperaturmotstand

PT100 endringstabell for temperaturmotstand

1.2 PT1000 temperatur motstand endringstabell

PT1000 endringstabell for temperaturmotstand

2. Vanlig brukte oppkjøpskretsløsninger

2.1 Motstandsspenningsdelingsutgang 0~3,3V/3V analog spenning

Enkeltbrikke AD-port direkte anskaffelse
Utgangsområdet for temperaturmålingskretsen er 0~3,3V, PT1000 (PT1000 motstandsverdi endres sterkt, temperaturmålingsfølsomheten er høyere enn PT100; PT100 er mer egnet for storskala temperaturmåling).

Motstandsspenningsdeler gir ut 0~3,3V 3V analog spenning

Den enkleste måten er å bruke spenningsdelingsmetoden. Spenningen er spenningsreferansekilden 4V generert av TL431 spenningsreferansekildebrikken, eller REF3140 kan brukes til å generere 4.096V som referansekilde. Referansekildebrikkene inkluderer også REF3120, 3125, 3130, 3133, og 3140. Brikken bruker SOT-32-pakke og 5V inngangsspenning. Utgangsspenningen kan velges i henhold til den nødvendige referansespenningen. Selvfølgelig, i henhold til det normale spenningsinngangsområdet til MCU AD-porten, den kan ikke overstige 3V/3,3V.

2.2 Motstandsspenningsdelingsutgang 0~5V analog spenning MCU AD-port direkte anskaffelse.
Selvfølgelig, noen kretser bruker 5V MCU strømforsyning, og den maksimale driftsstrømmen til PT1000 er 0,5mA, så passende motstandsverdi bør brukes for å sikre normal drift av komponentene.
For eksempel, 3,3V i spenningsdelingsskjemaet ovenfor er erstattet med 5V. Fordelen med dette er at 5V spenningsdelingen er mer følsom enn 3,3V, og anskaffelsen er mer nøyaktig. Huske, den teoretisk beregnede utgangsspenningen kan ikke overstige +5V. Noe annet, det vil forårsake skade på MCU.

2.3 Den mest brukte bromålingen
R11, R12, R13 og Pt1000 brukes til å danne en målebro, hvor R11=R13=10k, R12=1000R presisjonsmotstander. Når motstandsverdien til Pt1000 ikke er lik motstandsverdien til R12, broen vil sende ut et mV-nivå spenningsforskjellssignal. Dette spenningsforskjellssignalet forsterkes av instrumentforsterkerkretsen og sender ut det ønskede spenningssignalet. Dette signalet kan kobles direkte til AD-konverteringsbrikken eller AD-porten på mikrokontrolleren.

R11, R12, R13 og Pt1000 brukes til å danne en målebro

Prinsippet for motstandsmåling av denne kretsen:
1) PT1000 er en termistor. Ettersom temperaturen endres, motstanden endres i utgangspunktet lineært.
2) På 0 grader, motstanden til PT1000 er 1kΩ, da er Ub og Ua like, det er, Uba = Ub – Gjør = 0.
3) Forutsatt at ved en viss temperatur, motstanden til PT1000 er 1,5kΩ, da er ikke Ub og Ua like. Etter spenningsdelingsprinsippet, vi kan finne ut at Uba = Ub – Gjøre > 0.
4) OP07 er en operasjonsforsterker, og dens spenningsforsterkning A avhenger av den eksterne kretsen, hvor A = R2/R1 = 17.5.
5) Utgangsspenningen Uo til OP07 = Uba * EN. Så hvis vi bruker et voltmeter for å måle utgangsspenningen til OP07, vi kan utlede verdien av Uab. Siden Ua er en kjent verdi, vi kan videre beregne verdien av Ub. Da, ved bruk av spenningsdelingsprinsippet, vi kan beregne den spesifikke motstandsverdien til PT1000. Denne prosessen kan oppnås gjennom programvareberegning.
6) Hvis vi kjenner motstandsverdien til PT1000 ved en hvilken som helst temperatur, vi trenger bare å slå opp tabellen basert på motstandsverdien for å vite den aktuelle temperaturen.

2.4 Konstant strømkilde
På grunn av selvoppvarmingseffekten til den termiske motstanden, strømmen som går gjennom motstanden bør være så liten som mulig. Generelt, strømmen forventes å være mindre enn 10mA. Det er verifisert at selvoppvarmingen av platinamotstanden PT100 av 1 mW vil forårsake en temperaturendring på 0,02-0,75 ℃. Derfor, å redusere strømmen til platinamotstanden PT100 kan også redusere temperaturendringen. Imidlertid, hvis strømmen er for liten, den er utsatt for støyforstyrrelser, så verdien er generelt 0.5-2 mA, så den konstante strømkildestrømmen velges som en 1mA konstantstrømkilde.

Brikken er valgt som konstantspenningskildebrikken TL431, og deretter konvertert til en konstant strømkilde ved å bruke gjeldende negativ tilbakemelding. Kretsen er vist på figuren

Blant dem, operasjonsforsterkeren CA3140 brukes til å forbedre belastningskapasiteten til strømkilden, og beregningsformelen for utgangsstrømmen er:

Motstanden skal være en 0.1% presisjonsmotstand. Den endelige utgangsstrømmen er 0,996mA, det er, nøyaktigheten er 0.4%.

Kildekretsen for konstant strøm bør ha følgende egenskaper

Velg konstantspenningskildebrikken TL431

Temperaturstabilitet: Siden vårt temperaturmålingsmiljø er 0-100 ℃, utgangen fra gjeldende kilde skal ikke være følsom for temperatur. TL431 har en ekstremt lav temperaturkoeffisient og lav temperaturdrift.

God lastregulering: Hvis den nåværende krusningen er for stor, det vil føre til lesefeil. I følge teoretisk analyse, siden inngangsspenningen varierer mellom 100-138,5mV, og temperaturmåleområdet er 0-100 ℃, temperaturmålingsnøyaktigheten er ±1 grad Celsius, så utgangsspenningen bør endres med 38,5/100=0,385mV for hver 1℃ økning i omgivelsestemperaturen. For å sikre at strømsvingningen ikke påvirker nøyaktigheten, vurdere det mest ekstreme tilfellet, på 100 grader Celsius, motstandsverdien til PT100 bør være 138,5R. Da bør den nåværende krusningen være mindre enn 0,385/138,5=0,000278mA, det er, strømendring under lastendringen bør være mindre enn 0,000278mA. I selve simuleringen, gjeldende kilde forblir i utgangspunktet uendret.
3. AD623 akkvisisjonskretsløsning

AD623 anskaffelse PT1000 kretsløsning

Prinsippet kan referere til ovennevnte bromålingsprinsipp.
Opptak av lav temperatur:

Opptak av høy temperatur

4. AD620 akkvisisjonskretsløsning

AD620 PT100 anskaffelsesløsning

AD620 PT100 oppsamlingsløsning høy temperatur (150°):

AD620 PT100 oppsamlingsløsning lav temperatur (-40°):

AD620 PT100 oppsamlingsløsning romtemperatur (20°):

5. PT100 og PT1000 antiinterferensfiltreringsanalyse

Temperaturinnsamling i enkelte komplekser, tøffe eller spesielle miljøer vil bli utsatt for store forstyrrelser, hovedsakelig inkludert EMI og REI.

For eksempel, ved bruk av motortemperaturinnsamling, motorstyring og høyhastighetsrotasjon av motoren forårsaker høyfrekvente forstyrrelser.

Det er også et stort antall temperaturkontrollscenarier i luftfarts- og romfartskjøretøyer, som måler og kontrollerer kraftsystemet og miljøkontrollsystemet. Kjernen i temperaturkontroll er temperaturmåling. Siden motstanden til termistoren kan endres lineært med temperaturen, Bruk av platinamotstand for å måle temperatur er en effektiv metode for temperaturmåling med høy presisjon. Hovedproblemene er som følger:
1. Motstanden på ledningstråden introduseres lett, og dermed påvirke målenøyaktigheten til sensoren;
2. I noen miljøer med sterk elektromagnetisk interferens, interferensen kan konverteres til DC-utgang etter retting av instrumentforsterkeren
Offset feil, påvirker målenøyaktigheten.
5.1 Aerospace luftbåren PT1000 anskaffelseskrets

Aerospace luftbåren PT1000 anskaffelseskrets

Se utformingen av en luftbåren PT1000-innsamlingskrets for anti-elektromagnetisk interferens i en bestemt luftfart.

Et filter settes i den ytterste enden av innsamlingskretsen. PT1000-anskaffelsesforbehandlingskretsen er egnet for anti-elektromagnetisk interferensforbehandling av luftbårent elektronisk utstyrsgrensesnitt;
Den spesifikke kretsen er:
+15V inngangsspenningen konverteres til en +5V høypresisjonsspenningskilde gjennom en spenningsregulator, og +5V høypresisjonsspenningskilden er direkte koblet til motstanden R1.
Den andre enden av motstanden R1 er delt inn i to baner, en koblet til in-fase inngangen til op-forsterkeren, og den andre koblet til PT1000 motstand A-enden gjennom T-type filteret S1. Utgangen til op-forsterkeren er koblet til den inverterende inngangen for å danne en spenningsfølger, og den inverterende inngangen er koblet til jordporten til spenningsregulatoren for å sikre at spenningen ved in-fase inngangen alltid er null. Etter å ha passert gjennom S2-filteret, den ene enden A av PT1000-motstanden er delt inn i to baner, en vei brukes som differensialspenningsinngangsterminal D gjennom motstand R4, og den andre banen er koblet til AGND gjennom motstand R2. Etter å ha passert gjennom S3-filteret, den andre enden B av PT1000-motstanden er delt inn i to baner, en vei brukes som differensialspenningsinngangsterminal E gjennom motstand R5, og den andre banen er koblet til AGND gjennom motstand R3. D og E er koblet gjennom kondensator C3, D er koblet til AGND gjennom kondensator C1, og E er koblet til AGND gjennom kondensator C2; den nøyaktige motstandsverdien til PT1000 kan beregnes ved å måle differensialspenningen mellom D og E.

+15V inngangsspenningen konverteres til en +5V høypresisjonsspenningskilde gjennom en spenningsregulator. +5V er direkte koblet til R1. Den andre enden av R1 er delt inn i to baner, en er koblet til in-fase inngangsterminalen til operasjonsforsterkeren, og den andre er koblet til PT1000-motstanden A gjennom T-type filteret S1. Utgangen til op-forsterkeren er koblet til den inverterende inngangen for å danne en spenningsfølger, og den inverterende inngangen er koblet til jordporten til spenningsregulatoren for å sikre at spenningen ved den inverterende inngangen alltid er null. På dette tidspunktet, strømmen som går gjennom R1 er konstant 0,5mA. Spenningsregulatoren bruker AD586TQ/883B, og operasjonsforsterkeren bruker OP467A.

Etter å ha passert gjennom S2-filteret, den ene enden A av PT1000-motstanden er delt inn i to baner, en gjennom motstand R4 som differensialspenningsinngangsenden D, og en gjennom motstand R2 til AGND; etter å ha passert gjennom S3-filteret, den andre enden B av PT1000-motstanden er delt inn i to baner, en gjennom motstand R5 som differensialspenningsinngangsenden E, og en gjennom motstand R3 til AGND. D og E er koblet gjennom kondensator C3, D er koblet til AGND gjennom kondensator C1, og E er koblet til AGND gjennom kondensator C2.
Motstanden til R4 og R5 er 4,02k ohm, motstanden til R1 og R2 er 1M ohm, kapasitansen til C1 og C2 er 1000pF, og kapasitansen til C3 er 0,047uF. R4, R5, C1, C2, og C3 danner sammen et RFI-filternettverk, som fullfører lavpassfiltreringen av inngangssignalet, og objektene som skal filtreres ut inkluderer differensialmodusinterferens og fellesmodusinterferens som bæres i inngangsdifferensialsignalet. Beregningen av ‑3dB grensefrekvens for fellesmodusinterferens og differensialmodusinterferens som bæres i inngangssignalet, er vist i formelen:

Erstatter motstandsverdien i beregningen, grensefrekvensen for fellesmodus er 40 kHz, og grensefrekvensen for differensialmodus er 2,6KHZ.
Sluttpunkt B er koblet til AGND gjennom S4-filteret. Blant dem, filterjordterminalene fra S1 til S4 er alle koblet til flyets skjermingsjord. Siden strømmen som går gjennom PT1000 er en kjent 0,05mA, den nøyaktige motstandsverdien til PT1000 kan beregnes ved å måle differensialspenningen i begge ender av D og E.
S1 til S4 bruker T-type filtre, modell GTL2012X-103T801, med en grensefrekvens på 1M±20 %. Denne kretsen introduserer lavpassfiltre til de eksterne grensesnittlinjene og utfører RFI-filtrering på differensialspenningen. Som en forbehandlingskrets for PT1000, den eliminerer effektivt elektromagnetisk og RFI-strålingsinterferens, som i stor grad forbedrer påliteligheten til de innsamlede verdiene. I tillegg, spenningen måles direkte fra begge ender av PT1000-motstanden, eliminere feilen forårsaket av ledningsmotstanden og forbedre nøyaktigheten til motstandsverdien.

5.2 T-type filter
T-type filteret består av to induktorer og kondensatorer. Begge ender av den har høy impedans, og ytelsen til innsettingstap er lik den for π-type filteret, men det er ikke utsatt for “ringer” og kan brukes i byttekretser.