Soluție de circuit de achiziție a temperaturii PT100/PT1000

1. Tabel de modificare a rezistenței la temperatură PT100 și PT1000
Rezistențe termice metalice, cum ar fi nichelul, Rezistențele de cupru și platină au o corelație pozitivă cu schimbarea rezistenței cu temperatura. Platina are cele mai stabile proprietăți fizice și chimice și este cel mai utilizat pe scară largă. Gama de măsurare a temperaturii a rezistenței de platină utilizate în mod obișnuit PT100 este de -200 ～ 850 ℃. în plus, Intervalele de măsurare a temperaturii de PT500, Pt1000, etc. sunt reduse succesiv. Pt1000, Interval de măsurare a temperaturii -200 ～ 420 ℃. Conform standardului internațional IEC751, caracteristicile de temperatură ale rezistenței de platină Pt1000 îndeplinesc următoarele cerințe:

Curba caracteristică a temperaturii Pt1000

Conform curbei caracteristice de temperatură Pt1000, panta curbei caracteristice de rezistență se modifică puțin în intervalul normal de temperatură de funcționare (Așa cum se arată în figura 1). Prin potrivire liniară, relaţia aproximativă dintre rezistenţă şi temperatură este:

1.1 PT100 Tabelul de schimbare a rezistenței la temperatură

PT100 Tabelul de schimbare a rezistenței la temperatură

1.2 Tabel de modificare a rezistenței la temperatură PT1000

Tabel de modificare a rezistenței la temperatură PT1000

2. Soluții de circuit de achiziție utilizate în mod obișnuit

2.1 Ieșire de diviziune a tensiunii rezistenței 0 ~ 3,3 V/3 V tensiune analogică

Achiziție directă port AD cu un singur cip
Intervalul de ieșire a tensiunii circuitului de măsurare a temperaturii este de 0 ~ 3,3 V, PT1000 (Valoarea rezistenței PT1000 se modifică foarte mult, Sensibilitatea la măsurarea temperaturii este mai mare decât PT100; PT100 este mai potrivit pentru măsurarea temperaturii la scară largă).

Divizorul de tensiune al rezistenței emite o tensiune analogică de 0 ~ 3,3 V 3 V

Cea mai simplă modalitate este de a folosi metoda divizării tensiunii. Tensiunea este sursa de referință de tensiune 4V generată de cipul sursei de referință de tensiune TL431, sau REF3140 poate fi folosit pentru a genera 4.096V ca sursă de referință. Cipurile sursă de referință includ și REF3120, 3125, 3130, 3133, și 3140. Cipul folosește pachetul SOT-32 și o tensiune de intrare de 5V. Tensiunea de ieșire poate fi selectată în funcție de tensiunea de referință necesară. Desigur, conform intervalului normal de tensiune de intrare a portului MCU AD, nu poate depăși 3V/3.3V.

2.2 Ieșire diviziunea tensiunii rezistenței 0 ~ 5V tensiune analogică MCU AD achiziție directă.
Desigur, unele circuite folosesc sursa de alimentare de 5V MCU, iar curentul maxim de funcționare al PT1000 este de 0,5 mA, deci trebuie utilizată o valoare adecvată a rezistenței pentru a asigura funcționarea normală a componentelor.
De exemplu, 3,3V din diagrama schematică a diviziunii tensiunii de mai sus este înlocuit cu 5V. Avantajul acestui lucru este că diviziunea tensiunii de 5V este mai sensibilă decât 3,3V, iar achiziția este mai precisă. Ține minte, tensiunea de ieșire calculată teoretic nu poate depăși +5V. Altfel, va provoca daune MCU.

2.3 Cea mai des folosită măsurătoare de punte
R11, R12, R13 și Pt1000 sunt folosite pentru a forma o punte de măsurare, unde R11=R13=10k, R12=1000R rezistențe de precizie. Când valoarea rezistenței lui Pt1000 nu este egală cu valoarea rezistenței lui R12, puntea va scoate un semnal de diferență de tensiune la nivel mV. Acest semnal de diferență de tensiune este amplificat de circuitul amplificator al instrumentului și emite semnalul de tensiune dorit. Acest semnal poate fi conectat direct la cipul de conversie AD sau la portul AD al microcontrolerului.

R11, R12, R13 și Pt1000 sunt folosite pentru a forma o punte de măsurare

Principiul de măsurare a rezistenței acestui circuit:
1) PT1000 este un termistor. Pe măsură ce temperatura se schimbă, rezistența se modifică practic liniar.
2) La 0 grade, rezistența lui PT1000 este de 1kΩ, atunci Ub și Ua sunt egale, adică, Uba = Ub – face = 0.
3) Presupunând că la o anumită temperatură, rezistența lui PT1000 este de 1,5 kΩ, atunci Ub și Ua nu sunt egale. Conform principiului diviziunii tensiunii, putem afla că Uba = Ub – Do > 0.
4) OP07 este un amplificator operațional, iar câștigul său de tensiune A depinde de circuitul extern, unde A = R2/R1 = 17.5.
5) Tensiunea de ieșire Uo a OP07 = Uba * A. Deci, dacă folosim un voltmetru pentru a măsura tensiunea de ieșire a OP07, putem deduce valoarea Uab. Deoarece Ua este o valoare cunoscută, putem calcula în continuare valoarea lui Ub. Apoi, folosind principiul diviziunii tensiunii, putem calcula valoarea rezistenței specifice a PT1000. Acest proces poate fi realizat prin calcul software.
6) Dacă știm valoarea rezistenței PT1000 la orice temperatură, trebuie doar să căutăm tabelul pe baza valorii rezistenței pentru a cunoaște temperatura curentă.

2.4 Sursa de curent constant
Datorită efectului de autoîncălzire al termorezistorului, curentul care trece prin rezistor trebuie să fie cât mai mic posibil. În general, curentul este de așteptat să fie mai mic de 10mA. S-a verificat că autoîncălzirea rezistenței de platină PT100 de 1 mW va provoca o schimbare de temperatură de 0,02-0,75 ℃. Prin urmare, reducerea curentului rezistorului de platină PT100 poate reduce și schimbarea temperaturii acestuia. Cu toate acestea, dacă curentul este prea mic, este susceptibil la interferențe de zgomot, deci valoarea este in general 0.5-2 MA, deci sursa de curent constant este selectată ca sursă de curent constant de 1mA.

Cipul este selectat ca cipul sursă de tensiune constantă TL431, și apoi convertit într-o sursă de curent constant utilizând feedback negativ curent. Circuitul este prezentat în figură

Printre ei, amplificatorul operațional CA3140 este utilizat pentru a îmbunătăți capacitatea de încărcare a sursei de curent, iar formula de calcul pentru curentul de ieșire este:

Rezistorul ar trebui să fie a 0.1% rezistor de precizie. Curentul final de ieșire este de 0,996 mA, adică, precizia este 0.4%.

Circuitul sursei de curent constant ar trebui să aibă următoarele caracteristici

Selectați cipul sursă de tensiune constantă TL431

Stabilitatea temperaturii: Deoarece mediul nostru de măsurare a temperaturii este 0-100℃, ieșirea sursei de curent nu trebuie să fie sensibilă la temperatură. TL431 are un coeficient de temperatură extrem de scăzut și o deviere scăzută a temperaturii.

Reglare bună a sarcinii: Dacă ondulația curentă este prea mare, va provoca erori de citire. Conform analizei teoretice, deoarece tensiunea de intrare variază între 100-138,5mV, iar intervalul de măsurare a temperaturii este 0-100℃, precizia măsurării temperaturii este de ±1 grad Celsius, astfel încât tensiunea de ieșire ar trebui să se schimbe cu 38,5/100 = 0,385 mV pentru fiecare creștere cu 1 ℃ a temperaturii ambientale. Pentru a se asigura că fluctuația curentului nu afectează precizia, luați în considerare cel mai extrem caz, la 100 grade Celsius, valoarea rezistenței lui PT100 ar trebui să fie 138,5R. Atunci ondulația curentă ar trebui să fie mai mică de 0,385/138,5 = 0,000278mA, adică, modificarea curentului în timpul schimbării sarcinii ar trebui să fie mai mică de 0,000278mA. În simularea propriu-zisă, sursa curentă rămâne practic neschimbată.
3. Soluție de circuit de achiziție AD623

AD623 achiziție soluție de circuit PT1000

Principiul se poate referi la principiul de măsurare a podului de mai sus.
Achiziție la temperatură scăzută:

Achiziție la temperatură ridicată

4. Soluție de circuit de achiziție AD620

Soluție de achiziție AD620 PT100

Soluție de achiziție AD620 PT100 la temperatură ridicată (150°):

AD620 PT100 soluție de achiziție temperatură scăzută (-40°):

AD620 PT100 soluție de achiziție temperatura camerei (20°):

5. Analiză de filtrare anti-interferență PT100 și PT1000

Achiziția temperaturii într-un complex, mediile dure sau speciale vor fi supuse unor interferențe mari, incluzând în principal EMI și REI.

De exemplu, în aplicarea achiziţiei temperaturii motorului, controlul motorului și rotația la viteză mare a motorului provoacă perturbări de înaltă frecvență.

Există, de asemenea, un număr mare de scenarii de control al temperaturii în interiorul vehiculelor aviatice și aerospațiale, care măsoară și controlează sistemul de alimentare și sistemul de control al mediului. Miezul controlului temperaturii este măsurarea temperaturii. Deoarece rezistența termistorului se poate modifica liniar cu temperatura, utilizarea rezistenței de platină pentru măsurarea temperaturii este o metodă eficientă de măsurare a temperaturii de înaltă precizie. Principalele probleme sunt următoarele:
1. Rezistența pe firul de plumb este ușor de introdus, afectând astfel precizia de măsurare a senzorului;
2. În unele medii puternice de interferență electromagnetică, interferența poate fi convertită în ieșire DC după rectificare de către amplificatorul instrumentului
Eroare de compensare, afectând precizia măsurării.
5.1 Circuitul de achiziție PT1000 aerospațial

Circuitul de achiziție PT1000 aerospațial

Consultați proiectarea unui circuit de achiziție PT1000 aeropurtat pentru interferențe antielectromagnetice într-o anumită aviație.

Un filtru este setat la capătul cel mai exterior al circuitului de achiziție. Circuitul de preprocesare a achiziției PT1000 este potrivit pentru preprocesarea interferențelor anti-electromagnetice a interfeței echipamentelor electronice aeropurtate;
Circuitul specific este:
Tensiunea de intrare +15V este convertită într-o sursă de tensiune de înaltă precizie de +5V printr-un regulator de tensiune, iar sursa de tensiune de înaltă precizie +5V este conectată direct la rezistorul R1.
Celălalt capăt al rezistenței R1 este împărțit în două căi, unul conectat la intrarea în fază a amplificatorului operațional, iar celălalt conectat la capătul A al rezistenței PT1000 prin filtrul de tip T S1. Ieșirea amplificatorului operațional este conectată la intrarea de inversare pentru a forma un adept de tensiune, iar intrarea de inversare este conectată la portul de masă al regulatorului de tensiune pentru a se asigura că tensiunea la intrarea în fază este întotdeauna zero. După trecerea prin filtrul S2, un capăt A al rezistenței PT1000 este împărțit în două căi, o cale este utilizată ca bornă de intrare a tensiunii diferenţiale D prin rezistorul R4, iar cealaltă cale este conectată la AGND prin rezistorul R2. După trecerea prin filtrul S3, celălalt capăt B al rezistenței PT1000 este împărțit în două căi, o cale este utilizată ca bornă de intrare a tensiunii diferenţiale E prin rezistorul R5, iar cealaltă cale este conectată la AGND prin rezistorul R3. D și E sunt conectate prin condensatorul C3, D este conectat la AGND prin condensatorul C1, iar E este conectat la AGND prin condensatorul C2; valoarea precisă a rezistenței PT1000 poate fi calculată prin măsurarea tensiunii diferențiale dintre D și E.

Tensiunea de intrare +15V este convertită într-o sursă de tensiune de înaltă precizie de +5V printr-un regulator de tensiune. +5V este conectat direct la R1. Celălalt capăt al R1 este împărțit în două căi, unul este conectat la borna de intrare în fază a amplificatorului operațional, iar celălalt este conectat la rezistorul PT1000 A prin filtrul de tip T S1. Ieșirea amplificatorului operațional este conectată la intrarea de inversare pentru a forma un adept de tensiune, iar intrarea de inversare este conectată la portul de masă al regulatorului de tensiune pentru a se asigura că tensiunea de la intrarea de inversare este întotdeauna zero. În acest moment, curentul care trece prin R1 este constant de 0,5 mA. Regulatorul de tensiune folosește AD586TQ/883B, iar amplificatorul operațional folosește OP467A.

După trecerea prin filtrul S2, un capăt A al rezistenței PT1000 este împărțit în două căi, unul prin rezistorul R4 ca capăt de intrare de tensiune diferenţială D, și unul prin rezistorul R2 la AGND; după trecerea prin filtrul S3, celălalt capăt B al rezistenței PT1000 este împărțit în două căi, unul prin rezistorul R5 ca capăt de intrare de tensiune diferenţială E, și unul prin rezistorul R3 la AGND. D și E sunt conectate prin condensatorul C3, D este conectat la AGND prin condensatorul C1, iar E este conectat la AGND prin condensatorul C2.
Rezistența lui R4 și R5 este de 4,02 k ohmi, rezistența lui R1 și R2 este de 1M ohmi, capacitatea lui C1 și C2 este de 1000pF, iar capacitatea lui C3 este de 0,047 uF. R4, R5, C1, C2, și C3 formează împreună o rețea de filtre RFI, care completează filtrarea trece-jos a semnalului de intrare, iar obiectele care trebuie filtrate includ interferența în modul diferenţial și interferenţa în modul comun transportate în semnalul diferenţial de intrare. Calcularea frecvenței de tăiere de -3dB a interferenței în mod comun și a interferenței în modul diferenţial transportate în semnalul de intrare este prezentat în formula:

Înlocuirea valorii rezistenței în calcul, frecvența de tăiere a modului comun este de 40 kHZ, iar frecvența de tăiere a modului diferenţial este de 2,6 KHZ.
Punctul final B este conectat la AGND prin filtrul S4. Printre ei, bornele de masă filtrului de la S1 la S4 sunt toate conectate la masa de ecranare a aeronavei. Deoarece curentul care curge prin PT1000 este cunoscut de 0,05 mA, valoarea precisă a rezistenței PT1000 poate fi calculată prin măsurarea tensiunii diferențiale la ambele capete ale lui D și E.
S1 la S4 folosesc filtre de tip T, model GTL2012X‑103T801, cu o frecvență de tăiere de 1M±20%. Acest circuit introduce filtre trece-jos la liniile de interfață externă și efectuează filtrarea RFI pe tensiunea diferențială. Ca circuit de preprocesare pentru PT1000, elimină în mod eficient interferența electromagnetică și radiația RFI, ceea ce îmbunătăţeşte mult fiabilitatea valorilor colectate. în plus, tensiunea este măsurată direct de la ambele capete ale rezistenței PT1000, eliminarea erorii cauzate de rezistența plumbului și îmbunătățirea preciziei valorii rezistenței.

5.2 filtru de tip T
Filtrul de tip T este format din două inductori și condensatori. Ambele capete au impedanță ridicată, iar performanța sa de pierdere prin inserție este similară cu cea a filtrului de tip π, dar nu este predispus la “sunând” și poate fi utilizat în circuite de comutare.