Cumpărarea temperaturii de 2, 3, și senzori de temperatură PT100 cu 4 fire

Articolul prezintă cum 2, 3, și senzorii PT100 cu 4 fire sunt convertiți în semnale de tensiune prin modificări de rezistență, și o sursă de curent constant este utilizată pentru a proteja senzorul și pentru a asigura acuratețea conversiei semnalului. Un senzor PT100 dobândește temperatura prin măsurarea modificării rezistenței sale electrice, care se corelează direct cu temperatura la care este expus; pe măsură ce temperatura crește, crește și rezistența elementului de platină din senzor, permițând un calcul precis al temperaturii pe baza acestei schimbări de rezistență; în esență, cel “100” în PT100 înseamnă că senzorul are o rezistență de 100 ohmi la 0°C, iar această valoare se modifică previzibil odată cu fluctuațiile de temperatură. Aplicarea amplificatorului operațional MCP604 în proiectarea circuitelor subliniază impactul caracteristicilor sale, cum ar fi tensiunea de decalaj de intrare scăzută și curentul de polarizare asupra preciziei.. Calibrarea software este utilizată pentru a îmbunătăți acuratețea proiectării circuitelor, evitând inconvenientul ajustării fizice. În cele din urmă, articolul oferă formula relației dintre temperatură și valoarea rezistenței platinei, care este folosit pentru a calcula valoarea temperaturii.

Design de achiziție de temperatură a senzorului de temperatură PT100 cu 2 fire

Achiziția de temperatură a senzorului de temperatură PT100 cu 3 fire personalizat din China

Achiziția temperaturii senzorului de temperatură PT100 cu 4 fire

Puncte cheie despre achiziția temperaturii PT100:
Detector de temperatură cu rezistență (RTD):
PT100 este un tip de RTD, adică măsoară temperatura prin detectarea modificărilor rezistenței sale electrice.
Element de platină:
Elementul senzor al unui PT100 este fabricat din platină, care prezintă o relație foarte stabilă și liniară între rezistență și temperatură.
Procesul de măsurare: Senzorul este plasat în mediul în care trebuie măsurată temperatura.
Rezistența elementului de platină este măsurată folosind un circuit electronic dedicat.
Valoarea măsurată a rezistenței este apoi convertită în temperatură folosind o formulă matematică bazată pe coeficientul de temperatură cunoscut al platinei..

Avantajele senzorilor PT100:
Precizie ridicată: Considerat unul dintre cei mai precisi senzori de temperatură disponibili datorită comportamentului stabil al platinei.
Gama largă de temperatură:　Poate măsura temperaturile de la -200 ° C la 850 ° C, în funcție de proiectarea senzorului.
Liniaritate bună: Relația dintre rezistență și temperatură este relativ liniară, simplificarea interpretării datelor.

Considerații importante:
Calibrare: Pentru a asigura măsurători precise, Senzorii PT100 trebuie calibrați în mod regulat față de un standard de referință.
Rezistența firului de plumb: Rezistența firelor de conectare poate afecta precizia măsurării, deci este adesea necesară luarea în considerare adecvată a compensării firului de plumb.
Adecvarea aplicației: Deși foarte precis, Senzorii PT100 pot să nu fie adecvați pentru medii extrem de dure sau aplicații care necesită timpi de răspuns foarte rapizi.

1. Principii de bază ale achiziției semnalului
PT100 convertește semnalele de temperatură în ieșiri de rezistență, iar valoarea rezistenței sale variază de la 0 la 200Ω. Convertorul AD poate converti doar tensiunea și nu poate colecta direct temperatura. Prin urmare, este necesară o sursă de curent constant de 1 mA pentru a alimenta PT100 și a converti modificările de rezistență în modificări de tensiune. Avantajul utilizării unei surse de curent constant este că poate prelungi durata de viață a senzorului. Deoarece intervalul semnalului de intrare este 0 la 200mV, semnalul trebuie amplificat și apoi convertit AD pentru a obține date de semnal electric.

Motive pentru care nu se utilizează designul sursei de tensiune constantă:

Dacă pentru alimentarea cu energie se utilizează o sursă de tensiune constantă, iar apoi rezistorul și PT100 sunt conectate în serie, iar tensiunea este împărțită, există o problemă. Când rezistența lui PT100 este prea mică, curentul care trece prin PT100 este prea mare, rezultând o durată de viață mai scurtă a senzorului.

2. Amplificatorul operațional folosește MCP604
Caracteristicile MCP604:
1) Gama de tensiune este de 2,7 ~ 6,0 V
2) Ieșirea este Rail-to-Rail
3) Interval de temperatură de funcționare: -40°C până la +85°C
4) Tensiunea de compensare de intrare este de ±3mV, valoarea tipică este de 1 mV, sensibilitate ridicată.
5) Curentul de polarizare de intrare este de 1 pA, când TA = +85°C, I=20pA, îmbunătățește acuratețea achiziției.
6) Oscilație liniară a tensiunii de ieșire: VSS+0,1 ~ VDD–0,1, unitatea este V.

Când tensiunea de alimentare este de 3,3 V, variația liniară a tensiunii de ieșire este de 0,1 ~ 3,2 V. Pentru a se asigura că semnalul amplificat funcționează în regiunea liniară, când VDD=3,3V, am setat tensiunea de ieșire MCP604 să rămână la: 0.5V ~ 2,5 V pentru a îndeplini cerințele de proiectare a circuitului amplificatorului operațional.

Amplificatorul operațional din cartea electronică analogică este un amplificator operațional ideal, care este diferit de amplificatorul real. Prin urmare, este necesar să se ia în considerare “tensiune offset de intrare”, “curent de polarizare de intrare” și “oscilație liniară a tensiunii de ieșire” la proiectare.

3. Schema circuitului
R11 din figură este un circuit de polarizare pentru a preveni ultima etapă a ieșirii amplificatorului diferențial de la distorsiunea de saturație.
1) Selectați un factor de amplificare adecvat pentru a reduce eroarea de ieșire. Datorită existenței tensiunii offset de intrare, când factorul de amplificare crește, eroarea de ieșire va crește și ea, care trebuie luate în considerare în proiectare.
2) Factorul de amplificare al acestui circuit este 10. Presupunând că tensiunea de compensare tipică de intrare este de 3 mV, dacă semnalul de intrare se schimbă la 5mV, 2mV nu va fi amplificat, care va produce o eroare de ieșire de 20mV.

Amplificatorul operațional al detectorului de temperatură PT100 folosind schema circuitului MCP604

Vo4 = (Vin1 – Vref)*10
I=1mA, Vref=Vo3=1,65V
1.7V<=Vin<= 1,9 V, 1.7V<=V02<=1,9
1.8V<=Vo1<=2V, asigurați-vă că amplificatorul operațional funcționează în regiunea liniară, acest lucru este foarte important
0.5V<=Vo4<=2,5V, asigurați-vă că amplificatorul operațional funcționează în regiunea liniară, de aceea este nevoie de 50Ω în serie.

Când rezistența de intrare se modifică cu 1Ω, Vout se schimbă la 10mV. Deoarece tensiunea de compensare de intrare a MCP604 este ±3mV, când există o modificare de 0,3333Ω, va fi o schimbare de 3.333mV, iar sensibilitatea de achizitie este mare.
Când 0<=Rin<= intrare 200Ω, deoarece bucla este conectată în serie cu 50Ω, 50Oh<=Rx<=250Ω
Vin1 – Vref = Rx*0,001, unitatea A

4. Calibrare software
Noii ingineri încearcă întotdeauna să îmbunătățească precizia rezistențelor, dar eroarea este încă mare. Unii ingineri folosesc pur și simplu rezistențe reglabile continuu, ajustați valorile rezistenței acestora, și utilizați multimetre pentru a face ca rezultatul să îndeplinească relația de transfer. Această precizie pare să fie îmbunătățită, dar nu este convenabil pentru producție, iar dificultatea proiectării PCB este, de asemenea, crescută. Chiar dacă depanarea este făcută, dacă șurubul de reglare este atins cu mâna, poate cauza erori. Singura modalitate este să utilizați rezistențe fixe pentru producție și să utilizați software pentru a ajuta la realizarea unei calibrări precise.
1) Când Rin=0, citiți o valoare a tensiunii și înregistrați-o ca V50. Salvați V50, nu se va schimba odată cu modificarea valorii rezistenței PT100 deoarece este alimentat de o sursă de curent constant.
2) Conectați rezistența nominală, fie Rs=100Ω, citiți o valoare a tensiunii și înregistrați-o ca V150. Salvați V150, valoarea tensiunii citită când temperatura este 0.
3) Calculați factorul de amplificare curent: Io = (V150 – V50) / Rs; salvează-Mă, înseamnă că calibrarea este făcută.
4) Când rezistența de intrare este R, tensiunea citită este Vo, atunci R = (Vo- V50) / Io
Prin descrierea de mai sus, calibrarea software-ului are mari avantaje, nu numai producție convenabilă, dar și precizie ridicată. Pentru a îmbunătăți acuratețea, tensiunea de ieșire poate fi de asemenea împărțită în mai multe intervale, calibrate separat, si se pot obtine diferite Io, astfel încât liniaritatea ieșirii va fi mai bună. Aceste idei sunt reflectate în designul meu.

Proiectarea circuitului OP AMP MCP604

5. Calculați temperatura
Când temperatura este mai mică decât 0,
R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Când temperatura este mai mare sau egală cu 0, Rt=R0*(1+A*t+B*t*t)
Descriere:
Rt este valoarea rezistenței rezistorului de platină la t℃
R0 este valoarea rezistenței rezistorului de platină la 0℃ 100Ω
A=3,9082×10^-3
B=-5,80195×10^-7
C=-4,2735×10^-12

6. Senzor de temperatura Pt100
Senzorul de temperatură Pt100 este un senzor cu termistor cu coeficient de temperatură pozitiv, iar principalii săi parametri tehnici sunt următorii:
1) Intervalul de temperatură de măsurare: -200℃ ~ +850℃;
2) Valoarea abaterii admisibile Δ℃: Gradul A ±(0.15+0.002|t|), Gradul B ±(0.30+0.005|t|);
3) Adâncime minimă de introducere: Adâncimea minimă de introducere a rezistorului termic este ≥200mm;
4) Curent admisibil: < 5MA;
5) Senzorul de temperatură Pt100 are și avantajele rezistenței la vibrații, stabilitate bună, precizie ridicată, si presiune mare. Rezistorul termic din platină are o liniaritate bună. La schimbarea între 0 și 100 grade Celsius, abaterea maximă neliniară este mai mică de 0,5℃;
Când temperatura < 0, R0*C*t^4 – 100R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Când temperatura ≥ 0, Rt= R0*(1+A*t+B*t*t)
Conform relației de mai sus, intervalul aproximativ de rezistență este: 18Ω~390,3Ω, -197℃ este 18Ω, 850Ω este 390,3Ω;
Descriere:
Rt este valoarea rezistenței rezistorului de platină la t℃, R0 este valoarea rezistenței rezistorului de platină la 0℃, 100Oh
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12
Manual de instrucțiuni pentru senzorul de temperatură din metal platină PT100
6) Proiectarea circuitelor
7) Relația dintre temperatura și rezistența PT100
Temperatura și rezistența PT100 satisfac următoarea ecuație:
Când temperatura ≤0, R0*C*t^4 – 100*R0*C*t^3 + R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt=0
Când temperatura ≥0, R0*B*t^2 + R0*A*t + R0 – Rt =0

Tabel de comparație a temperaturii și rezistenței PT100

Descriere:
Rt este valoarea rezistenței rezistorului de platină la t℃, R0 este valoarea rezistenței rezistorului de platină la 0℃, 100Oh
A=3,9082×10^-3, B=-5,80195×10^-7, C=-4,2735×10^-12

1. Pentru comoditatea calculului, când temperatura este ≤0, lasa:
dublu a=R0*C*100000=100*(-4.2735×10^-12)*100000=-4,2735/100000
dublu b=–100*R0*C*100000=-100*100*(-4.2735×10^-12)*100000=4,2735/1000
dublu c= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
dublu d=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
dublu e= (100-Rt)*100000
Când temperatura ≤ 0, a*t^4 + b*t^3 + c*t^2 + d*t + e=0
unde x3 este soluția PT100 când este mai mică de 0℃.

2. Pentru ușurință de calcul, când temperatura este mai mare sau egală cu 0
dublu a= R0*B*100000=100*(-5.80195×10^-7)*100000=-5,80195
dublu b=R0*A*100000=100*(3.9082×10^-3)*100000=39082
dublu c= (100-Rt)*100000
Când temperatura este ≥0, a*t^2 + b*t + c =0
t = [ SQRT( b*b – 4*a*c )-b ] / 2 / o
19.785Ω corespunde la -197℃, temperatura azotului lichid
18.486Ω corespunde la -200℃
96.085Ω corespunde la -10℃
138.505Ω corespunde la 100℃
175.845Ω corespunde la 200℃
247.045Ω corespunde la 400℃