Motstander og kretsløp av PT100 og PT1000 metall termisk motstandssensorprober

En temperaturinnsamlingskrets for en PT100- eller PT1000-sensorprobe består vanligvis av en stabil strømkilde for å eksitere sensoren, en motstandsmålekrets med høy presisjon for å oppdage endringen i motstand med temperatur, og en analog-til-digital-omformer (ADC) å konvertere den målte spenningen til et digitalt signal som kan behandles av en mikrokontroller eller datainnsamlingssystem; nøkkelforskjellen mellom en PT100 og PT1000 krets er skalaen av motstandsverdier på grunn av at Pt100 har en nominell motstand på 100 ohm ved 0°C mens en Pt1000 har 1000 ohm ved 0°C, krever ofte justeringer i målekretsen avhengig av ønsket nøyaktighet og anvendelse.

Artikkelen introduserer motstandsendringen til PT100 og PT1000 metalltermiske motstandssensorsonder ved forskjellige temperaturer, samt en rekke temperaturregistreringskretsløsninger. Inkludert motstandsspenningsdeling, bromåling, konstant strømkilde og AD623, AD620 innsamlingskrets. For å motstå forstyrrelser, spesielt elektromagnetisk interferens i romfartsfeltet, Det foreslås en luftbåren PT1000 temperatursensorinnsamlingskretsdesign, inkludert et T-type filter for filtrering og forbedring av målenøyaktighet.
Abstrakt generert av CSDN gjennom intelligent teknologi

PT100 Temperaturkabelsensor for presis temperaturmåling i containere, tanker og rør

Temperaturfølersonde T100 høytemperatur -50~260 kabel

PT100 platina motstandstemperatursensor for transmitteroverflatetemperatur

PT100/PT1000 temperaturregistreringskretsløsning
1. Temperaturmotstandsendringstabell for PT100 og PT1000 sensorer
Termiske metallmotstander som nikkel, kobber- og platinamotstander har en positiv korrelasjon med temperaturendringen. 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, helningen til motstandskarakteristikken endres litt innenfor det normale driftstemperaturområdet (som vist i figuren 1). Det omtrentlige forholdet mellom motstand og temperatur kan oppnås gjennom lineær tilpasning:

PT100 endringstabell for temperaturmotstand 1

2. Vanlig brukte oppkjøpskretsløsninger

2. 1 Motstandsspenningsdeler utgang 0~3,3V/3V analog spenning enkeltbrikke AD-port direkte innhenting
Utgangsområdet for temperaturmålingskretsen er 0~3,3V, PT1000 (PT1000 motstandsverdi endres sterkt, og temperaturmålingsfølsomheten er høyere enn PT100; PT100 er mer egnet for storskala temperaturmåling).

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

PT100 enkeltbrikke AD port krets direkte anskaffelse

2.2 Motstandsspenningsdelingsutgang 0~5V analog spenning, og AD-porten til mikrokontrolleren samler den direkte.
Selvfølgelig, noen kretser drives av en 5V mikrokontroller, og den maksimale driftsstrømmen til PT1000 er 0,5mA, så en passende motstandsverdi må brukes for å sikre normal drift av komponenten.
For eksempel, 3,3V i spenningsdelingsskjemaet ovenfor er erstattet med 5V. Fordelen med dette er at 5V spenningsdelingen er mer følsom enn 3,3V spenningen, og samlingen er mer nøyaktig. Huske, den teoretisk beregnede utgangsspenningen kan ikke overstige +5V. Noe annet, mikrokontrolleren vil bli skadet.

2.3 Den mest brukte bromålingen

Spenningsdelerkretsen til PT100 gir ut 0~5V analog spenning

Bruk R11, R12, R13 og Pt1000 for å danne en målebro, hvor R11=R13=10k, R12=1000R presisjonsmotstand. Når motstandsverdien til Pt1000 ikke er lik motstandsverdien til R12, broen vil sende ut et mV-nivåspenningsdifferansesignal. Dette spenningsforskjellssignalet forsterkes av instrumentforsterkerkretsen og sender ut det ønskede spenningssignalet, som kan kobles direkte til AD-konverteringsbrikken eller AD-porten på mikrokontrolleren.

Prinsippet for motstandsmåling av denne kretsen:

1) PT1000 er en termistor, og motstanden endres i utgangspunktet lineært med endringen av temperaturen.

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. I henhold til spenningsdelerprinsippet, vi kan finne Uba = Ub – Gjøre > 0.
4) OP07 er en operasjonsforsterker, og dens spenningsforsterkningsfaktor 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 hjelp av spenningsdelerprinsippet, 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 i henhold til motstandsverdien for å vite den aktuelle temperaturen.

2.4 Konstant strømkilde
På grunn av selvoppvarmingseffekten til den termiske motstanden, det er nødvendig å sikre at strømmen som strømmer gjennom motstanden er så liten som mulig, og generelt forventes strømmen å være mindre enn 10mA. Det er verifisert at selvoppvarmingen av platinamotstanden PT100 av 1 mW vil forårsake en temperaturendring på 0.02 til 0,75 ℃, så å redusere strømmen til platinamotstanden PT100 kan også redusere temperaturendringen. Imidlertid, hvis strømmen er for liten, den er utsatt for støyforstyrrelser, så det er vanligvis tatt kl 0.5 til 2 mA, så den konstante strømkildestrømmen velges som en 1mA konstantstrømkilde.

Den valgte brikken er konstantspenningskildebrikken TL431, og deretter brukes den nåværende negative tilbakemeldingen til å konvertere den til en konstant strømkilde. Kretsen er vist på figuren:

Konstant strømkilde for motstand PT100 kretsinnsamlingsskjema

Operasjonsforsterkeren CA3140 brukes til å forbedre belastningskapasiteten til strømkilden, og beregningsformelen for utgangsstrømmen er:
Sett inn bildebeskrivelse her. 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:
Temperaturstabilitet: Siden vårt temperaturmålingsmiljø er 0-100 ℃, utgangen fra gjeldende kilde skal ikke være følsom for temperatur. Og 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, endringen i strøm under lastendringen bør være mindre enn 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 måler PT100 oppsamlingsløsning høy temperatur (150°)

Opptak av høy temperatur
Legg inn bildebeskrivelse her

4. AD620 akkvisisjonskretsløsning
AD620 PT100 oppsamlingsløsning for høy temperatur (150°):

AD620 måler PT100 oppsamlingsløsning ved lav temperatur (-40°)

AD620 PT100 oppsamlingsløsning for lav temperatur (-40°):

AD620 måler PT100-innsamlingsskjemaet ved romtemperatur (20°)

AD620 PT100 oppsamlingsløsning for romtemperatur (20°):

PT100 sensor høy temperatur innsamlingskrets

5. Anti-interferensfiltreringsanalyse av PT100 og PT1000 sensorer
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, høyfrekvente forstyrrelser forårsaket av motorstyring og høyhastighetsrotasjon av motoren.

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 visse miljøer med sterk elektromagnetisk interferens, interferensen kan konverteres til DC-utgangsoffsetfeil etter å ha blitt utbedret av instrumentforsterkeren, påvirker målenøyaktigheten.

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

AD623 innsamlingskretsskjema for PT100-sensor

Et filter settes i den ytterste enden av innsamlingskretsen. PT1000-innsamlingsforbehandlingskretsen er egnet for anti-elektromagnetisk interferensforbehandling av luftbårne elektronisk utstyrsgrensesnitt; den spesifikke kretsen er:
+15V inngangsspenningen konverteres til en +5V høypresisjonsspenningskilde gjennom en spenningsregulator. +5V høypresisjonsspenningskilden er direkte koblet til motstanden R1, og den andre enden av motstanden R1 er delt inn i to baner. Den ene er koblet til in-fase inngangsenden av operasjonsforsterkeren, og den andre er 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 gjennom motstand R4 som differensialspenningsinngang 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 differensialspenningsinngang 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. Den nøyaktige motstandsverdien til PT1000 kan beregnes ved å måle differensialspenningen over 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 koblet til in-fase inngangen til op-forsterkeren, og den andre koblet til A-enden av PT1000-motstanden 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. RFI-filteret fullfører lavpassfiltreringen av inngangssignalet, og objektene som er filtrert ut inkluderer differensialmodusinterferensen og fellesmodusinterferensen som bæres i inngangsdifferensialsignalet. 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, med en grensefrekvens på 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 Klasse B høy industriell temperaturkontroll PT100 platina termisk motstand temperatursensor

K-E type trykkfjærtermoelement, pt100 temperaturfølersonde

Høypresisjon PT100 temperatursensor for transformatortemperaturmåling

5.2 T-type filter
Legg inn bildebeskrivelse her
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.