Motstander og kretsløp av PT100 og PT1000 metall termisk motstandssensorprober

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 ved 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

Temperaturfølersonde T100 høytemperatur -50~260 kabel

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

PT100/PT1000 temperaturregistreringskretsløsning
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Termiske metallmotstander som nikkel, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Platina har de mest stabile fysiske og kjemiske egenskapene og er den mest brukte. Temperaturmåleområdet til de vanlig brukte Pt100-sensorprobene for platinamotstand er -200~850 ℃, og temperaturmåleområdene til Pt500, Pt1000 sensorprober, osv. reduseres suksessivt. PT1000, temperaturmåleområdet er -200 ~ 420 ℃. I henhold til den internasjonale standarden IEC751, temperaturegenskapene til platinamotstanden Pt1000 oppfyller følgende krav:

Pt1000 temperaturkarakteristikk

I henhold til Pt1000 temperaturkarakteristikk, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (som vist i figuren 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 endringstabell for temperaturmotstand 1

2. Vanlig brukte oppkjøpskretsløsninger

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Utgangsområdet for temperaturmålingskretsen er 0~3,3V, PT1000 (PT1000 motstandsverdi endres sterkt, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 er mer egnet for storskala temperaturmåling).

Den enkleste måten er å bruke spenningsdelingsmetoden. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternativt, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, og 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Utgangsspenningen kan velges i henhold til den nødvendige referansespenningen. Selvfølgelig, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, den kan ikke overstige 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.
Selvfølgelig, 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.
For eksempel, 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. Huske, den teoretisk beregnede utgangsspenningen kan ikke overstige +5V. Noe annet, the microcontroller will be damaged.

2.3 Den mest brukte bromålingen

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, hvor R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Når motstandsverdien til Pt1000 ikke er lik motstandsverdien til R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Dette spenningsforskjellssignalet forsterkes av instrumentforsterkerkretsen og sender ut det ønskede spenningssignalet, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Prinsippet for motstandsmåling av denne kretsen:

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

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Gjøre > 0.
4) OP07 er en operasjonsforsterker, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, 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, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Konstant strømkilde
På grunn av selvoppvarmingseffekten til den termiske motstanden, 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. Det er verifisert at selvoppvarmingen av platinamotstanden PT100 av 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. Imidlertid, hvis strømmen er for liten, den er utsatt for støyforstyrrelser, so it is generally taken at 0.5 til 2 mA, så den konstante strømkildestrømmen velges som en 1mA konstantstrømkilde.

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. Kretsen er vist på figuren:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, og beregningsformelen for utgangsstrømmen er:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% presisjonsmotstand. Den endelige utgangsstrømmen er 0,996mA, det er, nøyaktigheten er 0.4%.
Kildekretsen for konstant strøm bør ha følgende egenskaper:
Temperaturstabilitet: Siden vårt temperaturmålingsmiljø er 0-100 ℃, utgangen fra gjeldende kilde skal ikke være følsom for temperatur. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

God lastregulering: Hvis den nåværende krusningen er for stor, det vil føre til lesefeil. I følge teoretisk analyse. Since the input voltage varies between 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. I selve simuleringen, gjeldende kilde forblir i utgangspunktet uendret.

3. AD623 akkvisisjonskretsløsning
Prinsippet kan referere til ovennevnte bromålingsprinsipp.
Opptak av lav temperatur:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Opptak av høy temperatur
Insert picture description here

4. AD620 akkvisisjonskretsløsning
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
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, påvirker målenøyaktigheten.

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Et filter settes i den ytterste enden av innsamlingskretsen. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
+15V inngangsspenningen konverteres til en +5V høypresisjonsspenningskilde gjennom en spenningsregulator. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input 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, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and 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 koblet til in-fase inngangen til op-forsterkeren, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter 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. 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. Beregningen av ‑3dB grensefrekvens for fellesmodusinterferens og differensialmodusinterferens som bæres i inngangssignalet, er vist i formelen:

Aerospace luftbåren PT1000 anskaffelseskrets

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, with a cutoff frequency of M±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.

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 T-type filter
Insert picture description here
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.