Решение для схемы измерения температуры PT100/PT1000

1. PT100 and PT1000 temperature resistance change table
Металлические тепловые резисторы, такие как никель, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change in resistance with temperature. Platinum обладает наиболее стабильными физическими и химическими свойствами и является наиболее широко используемым. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistor Pt100 is -200～850 ℃. Кроме того, the temperature measurement ranges of Pt500, Пт1000, и т. д.. последовательно уменьшаются. Пт1000, temperature measurement range -200～420 ℃. Согласно международному стандарту IEC751, Температурные характеристики платинового резистора Pt1000 соответствуют следующим требованиям:

PT1000 Характеристическая кривая характеристики температуры

В соответствии с кривой характеристики температуры PT1000, the slope of the resistance characteristic curve changes little within the normal operating temperature range (Как показано на рисунке 1). Through linear fitting, the approximate relationship between resistance and temperature is:

1.1 Таблица изменения температурной сопротивления PT100

Таблица изменения температурной сопротивления PT100

1.2 PT1000 temperature resistance change table

PT1000 Temperature Resistance Change Table

2. Обычно используемые решения схемы сбора

2.1 Resistor voltage division output 0~3.3V/3V analog voltage

Single-chip AD port direct acquisition
Диапазон выходного напряжения схемы измерения температуры составляет 0 ~ 3,3 В, ПТ1000 (PT1000 Значение сопротивления сильно изменяется, temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 более подходит для крупномасштабного измерения температуры).

Resistor voltage divider outputs 0~3.3V 3V analog voltage

Самый простой способ - использовать метод деления напряжения. The voltage is the voltage reference source 4V generated by the TL431 voltage reference source chip, or REF3140 can be used to generate 4.096V as the reference source. The reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, и 3140. The chip uses SOT-32 package and 5V input voltage. Выходное напряжение может быть выбрано в соответствии с требуемым эталонным напряжением. Конечно, according to the normal voltage input range of the MCU AD port, он не может превышать 3 В/3,3 В.

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage MCU AD port direct acquisition.
Конечно, some circuits use 5V MCU power supply, and the maximum operating current of PT1000 is 0.5mA, so appropriate resistance value should be used to ensure the normal operation of the components.
Например, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced with 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than 3.3V, and the acquisition is more accurate. Помнить, Теоретическое рассчитанное выходное напряжение не может превышать +5V. В противном случае, it will cause damage to the MCU.

2.3 Наиболее часто используемое измерение моста
R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measuring bridge, где r11 = r13 = 10K, R12=1000R precision resistors. Когда значение сопротивления PT1000 не равно значению сопротивления R12, the bridge will output a mV-level voltage difference signal. Этот сигнал разности напряжений усиливается с помощью схемы усилителя прибора и выводит желаемый сигнал напряжения. This signal can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

R11, R12, R13 and Pt1000 are used to form a measurement bridge

Принцип измерения сопротивления этой схемы:
1) Pt1000 - термистор. По мере изменения температуры, the resistance changes basically linearly.
2) В 0 градусы, Сопротивление Pt1000 составляет 1 кОм, тогда UB и UA равны, то есть, Uba = ub – Do = 0.
3) Предполагая, что при определенной температуре, Сопротивление PT1000 составляет 1,5 кОмм, тогда UB и UA не равны. According to the voltage division principle, we can find out that Uba = Ub – Делать > 0.
4) OP07 - оперативный усилитель, and its voltage gain A depends on the external circuit, где a = r2/r1 = 17.5.
5) Выходное напряжение uo op07 = uba * А. Поэтому, если мы используем вольтметр для измерения выходного напряжения OP07, Мы можем сделать вывод значения uAB. Поскольку UA является известной ценностью, Мы можем дополнительно рассчитать значение UB. Затем, using the voltage division principle, Мы можем рассчитать конкретное значение сопротивления PT1000. Этот процесс может быть достигнут с помощью расчета программного обеспечения.
6) Если мы знаем значение сопротивления PT1000 при любой температуре, we only need to look up the table based on the resistance value to know the current temperature.

2.4 Постоянный источник тока
Из-за эффекта самопогревания термического резистора, the current flowing through the resistor should be as small as possible. В целом, the current is expected to be less than 10mA. Было подтверждено, что самопогревание платинового резистора Pt100 1 mW will cause a temperature change of 0.02-0.75℃. Поэтому, reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. Однако, Если ток слишком маленький, это восприимчиво к шумовым помехам, so the value is generally 0.5-2 мА, Таким образом, ток источника постоянного тока выбирается в качестве источника тока постоянного 1MA.

The chip is selected as the constant voltage source chip TL431, and then converted into a constant current source using current negative feedback. Схема показана на рисунке

Среди них, the operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, и формула расчета выходного тока:

The resistor should be a 0.1% точный резистор. Окончательный выходной ток составляет 0,996 мА, то есть, Точность есть 0.4%.

Схема источника постоянного тока должна иметь следующие характеристики

Select the constant voltage source chip TL431

Температурная стабильность: Поскольку наша среда измерения температуры 0-100 ℃, Выход источника тока не должен быть чувствительным к температуре. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Хорошее регулирование нагрузки: Если текущая волна слишком большая, это вызовет ошибки чтения. Согласно теоретическому анализу, since the input voltage varies between 100-138.5mV, и диапазон измерения температуры 0-100 ℃, Точность измерения температуры составляет ± 1 градус по Цельсию, Таким образом, выходное напряжение должно измениться на 38,5/100 = 0,385 мВ на каждые 1 ℃ повышение температуры окружающей среды. Чтобы гарантировать, что текущие колебания не влияют на точность, Рассмотрим самый крайний случай, в 100 градусы по Цельсию, Значение сопротивления PT100 должно быть 138,5R. Тогда текущая волна должна быть менее 0,385/138,5 = 0,000278MA, то есть, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. В фактическом симуляции, текущий источник остается в основном неизменным.
3. AD623

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

Принцип может относиться к приведенному принципу измерения моста.
Низкое температурный получение:

Высокое получение температуры

4. Решение схемы приобретения AD620

AD620 PT100 acquisition solution

AD620 PT100 acquisition solution high temperature (150°):

AD620 PT100 acquisition solution low temperature (-40°):

AD620 PT100 acquisition solution room temperature (20°):

5. PT100 and PT1000 anti-interference filtering analysis

Приобретение температуры в некоторых комплексах, суровая или специальная среда будет подвержена большим помехам, в основном, включая EMI и REI.

Например, при применении температуры двигателя, motor control and high-speed rotation of the motor cause high-frequency disturbances.

Существует также большое количество сценариев контроля температуры внутри авиации и аэрокосмических транспортных средств, которые измеряют и контролируют систему питания и систему управления окружающей средой. Ядро контроля температуры - измерение температуры. Поскольку сопротивление термистора может измениться линейно с температурой, Использование устойчивости к платине для измерения температуры является эффективным методом измерения температуры высокой устойчивости. Основные проблемы заключаются в следующем:
1. Сопротивление на свинцовом проводе легко вводится, таким образом влияя на точность измерения датчика;
2. In some strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output after rectification by the instrument amplifier
Offset error, влияя на точность измерения.
5.1 Аэрокосмическая контура сбора воздуха PT1000

Аэрокосмическая контура сбора воздуха PT1000

Обратитесь к проектированию воздушной схемы приобретения PT1000 для антиэлектромагнитных помех в определенной авиации.

Фильтр устанавливается на самом внешнем конце схемы сбора. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interface;
The specific circuit is:
Входное напряжение +15V преобразуется в высокий источник напряжения +5 В через регулятор напряжения, and the +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1.
The other end of the resistor R1 is divided into two paths, Один, подключенный к входу в области op amp, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. Выход OP AMP подключен к инвертирующему входу, чтобы сформировать последователь напряжения, и инвертирующий вход подключен к порту заземления регулятора напряжения, чтобы убедиться, что напряжение на входе в рамках всегда равна нулю. После прохождения через фильтр S2, Один конец A резистора PT1000 разделен на два пути, one path is used as the differential voltage input terminal D through resistor R4, and the other path is connected to AGND through resistor R2. После прохождения через фильтр S3, Другой конец B резистора PT1000 делится на два пути, one path is used as the differential voltage input terminal E through resistor R5, and the other path is connected to AGND through resistor R3. D и E связаны через конденсатор C3, D подключен к AGND через конденсатор C1, и E связан с Agnd через конденсатор C2; the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage between D and E.

Входное напряжение +15V преобразуется в высокий источник напряжения +5 В через регулятор напряжения. +5V напрямую связан с R1. Другой конец R1 разделен на два пути, one is connected to the in-phase input terminal of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A through the T-type filter S1. Выход OP AMP подключен к инвертирующему входу, чтобы сформировать последователь напряжения, и инвертирующий вход подключен к порту заземления регулятора напряжения, чтобы убедиться, что напряжение на инвертирующем входе всегда равна нулю. В это время, Ток, протекающий через R1, является постоянным 0,5 мА. Регулятор напряжения использует ad586tq/883b, и OP AMP использует OP467A.

После прохождения через фильтр S2, Один конец A резистора PT1000 разделен на два пути, один через резистор R4 в качестве входного конца дифференциального напряжения d, и один через резистор R2 до agnd; after passing through the S3 filter, Другой конец B резистора PT1000 делится на два пути, один через резистор R5 в виде дифференциального входного конца напряжения E, и один через резистор R3 до agnd. D и E связаны через конденсатор C3, D подключен к AGND через конденсатор C1, и E связан с Agnd через конденсатор C2.
Сопротивление R4 и R5 составляет 4,02 тыс. Ом, Сопротивление R1 и R2 составляет 1 мл., емкость C1 и C2 составляет 1000pf, и емкость C3 составляет 0,047 UF. R4, R5, C1, C2, и C3 вместе образуют сеть фильтров RFI, which completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects to be filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. Расчет частоты отсечения ‑3db общих интерференций по интерференции и дифференциальной режиме, переносимых в входном сигнале, показан в формуле:

Заменить значение сопротивления в расчет, Частота общего режима составляет 40 кГц, и частота отсечения дифференциального режима составляет 2,6 кГц.
Конечная точка B подключена к AGND через фильтр S4. Среди них, Клеммы заземления фильтра от S1 до S4 все подключены к заземлению самолета. Поскольку ток, протекающий через PT1000, является известным 0,05 мА, Точное значение сопротивления PT1000 можно рассчитать путем измерения дифференциального напряжения на обоих концах D и E.
S1 к S4 Используйте фильтры T-Type, Модель GTL2012X -103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. Эта схема вводит фильтры низкого уровня в внешние линии интерфейса и выполняет фильтрацию RFI на дифференциальном напряжении. В качестве цепи предварительной обработки для PT1000, Эффективно устраняет электромагнитные и RFI -радиационные помехи, который значительно повышает надежность собранных значений. Кроме того, Напряжение непосредственно измеряется с обоих концов резистора PT1000, Устранение ошибки, вызванной сопротивлением свинца и повышением точности значения сопротивления.

5.2 T-тип фильтр
Фильтр T-типа состоит из двух индукторов и конденсаторов. Оба конца его имеют высокий импеданс, и его показатели потери вставки аналогичны эффективности фильтра π-типа, но это не подвержено “кольцо” и может использоваться в цепях переключения.