Solução de circuito de aquisição de temperatura PT100/PT1000

1. Tabela de mudança de resistência à temperatura PT100 e PT1000
Resistores térmicos de metal, como níquel, resistores de cobre e platina têm uma correlação positiva com a mudança na resistência com a temperatura. A platina tem as propriedades físicas e químicas mais estáveis ​​e é o material mais utilizado. A faixa de medição de temperatura do resistor de platina comumente usado Pt100 é de -200 ~ 850 ℃. Além disso, as faixas de medição de temperatura do Pt500, Pt1000, etc.. são sucessivamente reduzidos. Pt1000, faixa de medição de temperatura -200 ~ 420 ℃. De acordo com o padrão internacional IEC751, as características de temperatura do resistor de platina Pt1000 atendem aos seguintes requisitos:

Curva característica de temperatura PT1000

De acordo com a curva característica de temperatura do PT1000, A inclinação da curva característica da resistência muda pouco dentro da faixa normal de temperatura operacional (Como mostrado na figura 1). Através do encaixe linear, A relação aproximada entre resistência e temperatura é:

1.1 Tabela de mudança de resistência à temperatura PT100

Tabela de mudança de resistência à temperatura PT100

1.2 Tabela de mudança de resistência à temperatura PT1000

Tabela de mudança de resistência à temperatura PT1000

2. Soluções de circuito de aquisição comumente usadas

2.1 Divisão de tensão do resistor Saída 0 ~ 3,3V/3V tensão analógica

Aquisição direta de porta de anúncio de chip único
A faixa de saída de tensão do circuito de medição de temperatura é de 0 ~ 3,3 V, PT1000 (O valor da resistência PT1000 muda muito, A sensibilidade à medição da temperatura é maior que o PT100; PT100 é mais adequado para medição de temperatura em larga escala).

Saídas do divisor de tensão do resistor 0 ~ 3,3V 3V tensão analógica

A maneira mais simples é usar o método de divisão de tensão. A tensão é a fonte de referência de tensão 4V gerada pelo chip da fonte de referência de tensão TL431, ou ref3140 pode ser usado para gerar 4.096V como fonte de referência. Os chips de fonte de referência também incluem ref3120, 3125, 3130, 3133, e 3140. O chip usa o pacote SOT-32 e a tensão de entrada de 5V. A tensão de saída pode ser selecionada de acordo com a tensão de referência necessária. Claro, De acordo com o intervalo de entrada de tensão normal da porta do AD MCU, não pode exceder 3V/3,3V.

2.2 Divisão de tensão do resistor Saída.
Claro, Alguns circuitos usam fonte de alimentação de 5V MCU, e a corrente operacional máxima do PT1000 é 0,5mA, Portanto, o valor de resistência apropriado deve ser usado para garantir a operação normal dos componentes.
Por exemplo, O 3,3V no diagrama esquemático da divisão de tensão acima é substituído por 5V. A vantagem disso é que a divisão de tensão de 5V é mais sensível que 3,3V, e a aquisição é mais precisa. Lembrar, A tensão de saída calculada teórica não pode exceder +5V. De outra forma, Isso causará danos ao MCU.

2.3 A medição de ponte mais usada
R11, R12, R13 e PT1000 são usados ​​para formar uma ponte de medição, onde r11 = r13 = 10k, R12 = 1000R Resistores de precisão. Quando o valor de resistência do PT1000 não é igual ao valor de resistência de R12, A ponte produzirá um sinal de diferença de tensão no nível do MV. Este sinal de diferença de tensão é amplificado pelo circuito do amplificador do instrumento e produz o sinal de tensão desejado. Este sinal pode ser conectado diretamente ao chip de conversão de anúncios ou à porta de anúncios do microcontrolador.

R11, R12, R13 e PT1000 são usados ​​para formar uma ponte de medição

O princípio da medição de resistência deste circuito:
1) PT1000 é um termistor. À medida que a temperatura muda, a resistência muda basicamente linearmente.
2) No 0 graus, A resistência de pt1000 é 1kΩ, então ub e ua são iguais, aquilo é, Uba = ub – Fazer = 0.
3) Assumindo que em uma certa temperatura, A resistência de Pt1000 é 1,5kΩ, então ub e ua não são iguais. De acordo com o princípio da divisão de tensão, Podemos descobrir que uba = ub – Fazer > 0.
4) OP07 é um amplificador operacional, e seu ganho de tensão A depende do circuito externo, onde a = r2/r1 = 17.5.
5) A tensão de saída UO de Op07 = Uba * UM. Portanto, se usarmos um voltímetro para medir a tensão de saída do OP07, Podemos inferir o valor da UAB. Como UA é um valor conhecido, Podemos calcular ainda mais o valor de UB. Então, usando o princípio da divisão de tensão, Podemos calcular o valor de resistência específico de pt1000. Este processo pode ser alcançado através do cálculo do software.
6) Se soubermos o valor de resistência do PT1000 a qualquer temperatura, Precisamos procurar apenas a tabela com base no valor da resistência para conhecer a temperatura atual.

2.4 Fonte de corrente constante
Devido ao efeito de auto-aquecimento do resistor térmico, A corrente que flui através do resistor deve ser o menor possível. Geralmente, Espera -se que a corrente seja menor que 10mA. Foi verificado que o auto-aquecimento do resistor de platina pt100 de 1 MW causará uma mudança de temperatura de 0,02-0,75 ℃. Portanto, Reduzir a corrente do resistor de platina PT100 também pode reduzir sua mudança de temperatura. No entanto, Se a corrente for muito pequena, é suscetível à interferência de ruído, Portanto, o valor é geralmente 0.5-2 mA, então a corrente da fonte de corrente constante é selecionada como uma fonte de corrente constante de 1mA.

O chip é selecionado como o chip de fonte de tensão constante TL431, e depois convertido em uma fonte de corrente constante usando feedback negativo atual. O circuito é mostrado na figura

Entre eles, O amplificador operacional CA3140 é usado para melhorar a capacidade de carga da fonte atual, e a fórmula de cálculo para a corrente de saída é:

O resistor deve ser um 0.1% resistor de precisão. A corrente de saída final é 0,996mA, aquilo é, a precisão é 0.4%.

O circuito fonte de corrente constante deve ter as seguintes características

Selecione o chip de fonte de tensão constante TL431

Estabilidade de temperatura: Como nosso ambiente de medição de temperatura é de 0-100°C, A saída da fonte atual não deve ser sensível à temperatura. O TL431 tem um coeficiente de temperatura extremamente baixo e desvio de baixa temperatura.

Boa regulação de carga: Se a ondulação atual for muito grande, Isso causará erros de leitura. De acordo com a análise teórica, Como a tensão de entrada varia entre 100-138,5mv, e a faixa de medição de temperatura é de 0 a 100 ℃, A precisão da medição da temperatura é ± 1 grau Celsius, Portanto, a tensão de saída deve mudar em 38,5/100 = 0,385mv para cada 1 ℃ Aumento da temperatura ambiente. Para garantir que a flutuação atual não afete a precisão, Considere o caso mais extremo, no 100 graus Celsius, O valor de resistência do PT100 deve ser 138,5r. Então a onda atual deve ser inferior a 0,385/138,5 = 0,000278mA, aquilo é, A mudança atual durante a alteração da carga deve ser menor que 0,000278mA. Na simulação real, a fonte atual permanece basicamente inalterada.
3. Solução de circuito de aquisição AD623

Solução de circuito AD623 Aquisição PT1000

O princípio pode referir-se ao princípio de medição da ponte acima.
Aquisição de baixa temperatura:

Aquisição de alta temperatura

4. Solução de circuito de aquisição AD620

Solução de aquisição AD620 PT100

AD620 PT100 Solução de aquisição Alta temperatura (150°):

Solução de aquisição AD620 PT100 Baixa temperatura (-40°):

Aquisição AD620 PT100 Solução de temperatura ambiente (20°):

5. Análise de filtragem anti-interferência PT100 e PT1000

Aquisição de temperatura em algum complexo, ambientes agressivos ou especiais estarão sujeitos a grandes interferências, incluindo principalmente EMI e REI.

Por exemplo, na aplicação de aquisição de temperatura do motor, Controle do motor e rotação de alta velocidade do motor causam distúrbios de alta frequência.

Há também um grande número de cenários de controle de temperatura dentro de veículos de aviação e aeroespaciais, que medem e controlam o sistema de energia e o sistema de controle ambiental. O núcleo do controle de temperatura é a medição da temperatura. Como a resistência do termistor pode mudar linearmente com a temperatura, usar resistência de platina para medir a temperatura é um método eficaz de medição de temperatura de alta precisão. Os principais problemas são os seguintes:
1. A resistência no fio condutor é facilmente introduzida, afetando assim a precisão da medição do sensor;
2. Em alguns fortes ambientes de interferência eletromagnética, A interferência pode ser convertida em saída CC após a retificação pelo amplificador do instrumento
Erro de deslocamento, afetando a precisão da medição.
5.1 Circuito de aquisição PT1000 aeroespacial aerotransportado

Circuito de aquisição PT1000 aeroespacial aerotransportado

Consulte o projeto de um circuito de aquisição aerotransportado PT1000 para interferência antieletromagnética em uma determinada aviação.

Um filtro é definido na extremidade externa do circuito de aquisição. O circuito de pré-processamento de aquisição do PT1000 é adequado para interferência anti-eletromagnética de pré-processamento da interface de equipamento eletrônico transportado pelo ar;
O circuito específico é:
A tensão de entrada de +15V é convertida em uma fonte de tensão de alta precisão de +5V através de um regulador de tensão, e a fonte de tensão de alta precisão +5V está diretamente conectada ao resistor R1.
A outra extremidade do resistor R1 é dividida em dois caminhos, um conectado à entrada em fase do amplificador OP, e o outro conectado ao resistor pt1000 uma extremidade através do filtro do tipo t S1. A saída do amplificador operacional é conectada à entrada inversora para formar um seguidor de tensão, e a entrada inversora é conectada à porta de aterramento do regulador de tensão para garantir que a tensão na entrada em fase seja sempre zero. Depois de passar pelo filtro S2, uma extremidade A do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, Um caminho é usado como o terminal de entrada de tensão diferencial D através do resistor R4, e o outro caminho está conectado ao AGND através do Resistor R2. Depois de passar pelo filtro S3, A outra extremidade B do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, Um caminho é usado como o terminal de entrada de tensão diferencial e através do resistor R5, e o outro caminho está conectado ao AGND através do Resistor R3. D e E são conectados através do capacitor C3, D está conectado ao AGND através do capacitor C1, e E está conectado ao AGND através do capacitor C2; O valor preciso da resistência de Pt1000 pode ser calculado medindo a tensão diferencial entre D e E.

A tensão de entrada de +15V é convertida em uma fonte de tensão de alta precisão de +5V através de um regulador de tensão. O +5V está diretamente conectado a R1. A outra extremidade de R1 é dividida em dois caminhos, um está conectado ao terminal de entrada em fase do amplificador OP, e o outro está conectado ao resistor PT1000 A através do filtro do tipo t S1. A saída do amplificador operacional é conectada à entrada inversora para formar um seguidor de tensão, e a entrada inversora é conectada à porta de aterramento do regulador de tensão para garantir que a tensão na entrada inversora seja sempre zero. Neste momento, a corrente que flui através de R1 é constante de 0,5mA. O regulador de tensão usa AD586TQ/883B, e o amplificador operacional usa OP467A.

Depois de passar pelo filtro S2, uma extremidade A do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R4 como extremidade de entrada de tensão diferencial D, e um através do resistor R2 para AGND; Depois de passar pelo filtro S3, A outra extremidade B do resistor PT1000 é dividida em dois caminhos, um através do resistor R5 como a extremidade de entrada de tensão diferencial E, e um através do resistor r3 para agnd. D e E são conectados através do capacitor C3, D está conectado ao AGND através do capacitor C1, e E está conectado ao AGND através do capacitor C2.
A resistência de R4 e R5 é 4,02k ohms, a resistência de R1 e R2 é de 1M ohms, a capacitância de C1 e C2 é 1000pF, e a capacitância de C3 é 0,047uF. R4, R5, C1, C2, e C3 juntos formam uma rede de filtros RFI, que completa a filtragem passa-baixa do sinal de entrada, e os objetos a serem filtrados incluem a interferência do modo diferencial e a interferência do modo comum transportada no sinal diferencial de entrada. O cálculo da frequência de corte de -3dB da interferência de modo comum e da interferência de modo diferencial transportada no sinal de entrada é mostrado na fórmula:

Substituindo o valor da resistência no cálculo, a frequência de corte do modo comum é 40kHZ, e a frequência de corte do modo diferencial é 2,6 KHZ.
O ponto final B está conectado ao AGND através do filtro S4. Entre eles, os terminais de aterramento do filtro de S1 a S4 estão todos conectados ao aterramento de blindagem da aeronave. Como a corrente que flui através do PT1000 é conhecida como 0,05mA, o valor preciso da resistência do PT1000 pode ser calculado medindo a tensão diferencial em ambas as extremidades de D e E.
S1 a S4 usam filtros tipo T, modelo GTL2012X-103T801, com uma frequência de corte de 1m ± 20%. Este circuito introduz filtros passa-baixa nas linhas de interface externa e realiza filtragem RFI na tensão diferencial. Como circuito de pré-processamento para PT1000, elimina efetivamente a interferência de radiação eletromagnética e RFI, o que melhora muito a confiabilidade dos valores coletados. Além disso, a tensão é medida diretamente em ambas as extremidades do resistor PT1000, eliminando o erro causado pela resistência do condutor e melhorando a precisão do valor da resistência.

5.2 Filtro do tipo t
O filtro do tipo T consiste em dois indutores e capacitores. Ambas as extremidades têm alta impedância, e seu desempenho de perda de inserção é semelhante ao do filtro do tipo π, Mas não é propenso a “toque” e pode ser usado na troca de circuitos.