Rezistoare și circuite ale sondelor cu senzori cu rezistoare termice metalice PT100 și PT1000

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 ohmi la 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, rezervoare si conducte

Sondă senzor de temperatură T100 cablu de temperatură înaltă -50~260

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

Soluție de circuit de achiziție a temperaturii PT100/PT1000
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
Rezistențe termice metalice, cum ar fi nichelul, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. Platina are cele mai stabile proprietăți fizice și chimice și este cel mai utilizat pe scară largă. Intervalul de măsurare a temperaturii sondelor senzorului Pt100 cu rezistență de platină utilizate în mod obișnuit este de -200~850℃, iar intervalele de măsurare a temperaturii de Pt500, Sonde senzor Pt1000, etc. sunt reduse succesiv. Pt1000, intervalul de măsurare a temperaturii este de -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, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (Așa cum se arată în figura 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 Tabelul de schimbare a rezistenței la temperatură 1

2. Soluții de circuit de achiziție utilizate în mod obișnuit

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
Intervalul de ieșire a tensiunii circuitului de măsurare a temperaturii este de 0 ~ 3,3 V, PT1000 (Valoarea rezistenței PT1000 se modifică foarte mult, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 este mai potrivit pentru măsurarea temperaturii la scară largă).

Cea mai simplă modalitate este de a folosi metoda divizării tensiunii. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. Alternatively, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, și 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. Tensiunea de ieșire poate fi selectată în funcție de tensiunea de referință necesară. Desigur, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, nu poate depăși 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.
Desigur, 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.
De exemplu, 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. Ține minte, tensiunea de ieșire calculată teoretic nu poate depăși +5V. Altfel, the microcontroller will be damaged.

2.3 Cea mai des folosită măsurătoare de punte

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

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, unde R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Când valoarea rezistenței lui Pt1000 nu este egală cu valoarea rezistenței lui R12, the bridge will output a mV level voltage difference signal. Acest semnal de diferență de tensiune este amplificat de circuitul amplificator al instrumentului și emite semnalul de tensiune dorit, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

Principiul de măsurare a rezistenței acestui circuit:

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

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. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – Do > 0.
4) OP07 este un amplificator operațional, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, 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, using the voltage divider principle, putem calcula valoarea rezistenței specifice a PT1000. Acest proces poate fi realizat prin calcul software.
6) Dacă știm valoarea rezistenței PT1000 la orice temperatură, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 Sursa de curent constant
Datorită efectului de autoîncălzire al termorezistorului, 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. S-a verificat că autoîncălzirea rezistenței de platină PT100 de 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. Cu toate acestea, dacă curentul este prea mic, este susceptibil la interferențe de zgomot, so it is generally taken at 0.5 la 2 MA, deci sursa de curent constant este selectată ca sursă de curent constant de 1mA.

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. Circuitul este prezentat în figură:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, iar formula de calcul pentru curentul de ieșire este:
Insert picture description here The resistor should be 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:
Stabilitatea temperaturii: Deoarece mediul nostru de măsurare a temperaturii este 0-100℃, ieșirea sursei de curent nu trebuie să fie sensibilă la temperatură. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Reglare bună a sarcinii: Dacă ondulația curentă este prea mare, va provoca erori de citire. Conform analizei teoretice. Since the input voltage varies between 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, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. În simularea propriu-zisă, sursa curentă rămâne practic neschimbată.

3. Soluție de circuit de achiziție AD623
Principiul se poate referi la principiul de măsurare a podului de mai sus.
Achiziție la temperatură scăzută:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

Achiziție la temperatură ridicată
Insert picture description here

4. Soluție de circuit de achiziție AD620
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
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, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

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

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

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

Un filtru este setat la capătul cel mai exterior al circuitului de achiziție. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
Tensiunea de intrare +15V este convertită într-o sursă de tensiune de înaltă precizie de +5V printr-un regulator de tensiune. 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. 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, one through resistor R4 as the differential voltage input D, și unul prin rezistorul R2 la AGND. După trecerea prin filtrul S3, celălalt capăt B al rezistenței PT1000 este împărțit în două căi, one through resistor R5 as the differential voltage input 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. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and 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 conectat la intrarea în fază a amplificatorului operațional, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter 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. 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. 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:

Circuitul de achiziție PT1000 aerospațial

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, with a cutoff frequency of M±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.

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 filtru de tip T
Insert picture description here
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.