3-Riešenie na meranie drôtov pre PT100 (RTD) Senzor

LTSpice simulácia 3-vodičovej schémy merania pre PT100 (RTD) senzor: Pt100 je tepelný odporový snímač teploty, celý názov je platinový rezistor 100 ohmy. Je vyrobený z čistej platiny, a jeho hodnota odporu sa lineárne zvyšuje v určitom pomere pri zmene teploty.

PT100, celý názov platinového tepelného odporu, je odporový snímač teploty vyrobený z platiny (Pt), a hodnota jeho odporu sa mení s teplotou. Ten 100 po PT znamená, že jeho hodnota odporu je 100 ohmoch pri 0 ℃, a jeho hodnota odporu je cca 138.5 ohmoch pri 100 ℃. Má vlastnosti vysokej presnosti, dobrá stabilita, silná schopnosť proti rušeniu, a vzťah medzi jeho odporom a zmenou teploty je: R=RO(1+αT), kde a = 0,00392, Ro je 100Ω (hodnota odporu pri 0 ℃), a T je teplota v stupňoch Celzia.

Teplotná odolnosť PT100 zodpovedajúca tabuľka zmien

2. Import rezistora pt100
Pretože v knižnici komponentov LTspice nie je žiadny pt100, musíme importovať pt100 ručne. Pretože súbor korenia pt100 sa nenašiel, klzný odpor sem dovážame ako náhradu. Na import posuvného odporu, musíte pridať nasledujúce tri súbory do inštalačného adresára LTspice. Skopírujte tri súbory (asc, asy a lib) samostatne, vytvoriť súbory pre každú z nich, a nakoniec ich vložte na príslušné miesto inštalácie LTSpice. Vložte vzostupne s inými schémami, dať asy do sym pod lib, a vložte lib do sub pod lib. Po pridaní, môžete vidieť potenciometer v komponente v LTSpice. Tento potenciometer je požadovaný posuvný odpor.

potenciometer_test.asc

Verzia 4
LIST 1 880 680
WIRE 272 48 0 48
WIRE 528 48 272 48
WIRE 272 80 272 48
WIRE 528 80 528 48
WIRE 0 96 0 48
WIRE 0 192 0 176
WIRE 272 208 272 176
WIRE 528 208 528 176
VLAJKA 272 208 0
VLAJKA 0 192 0
VLAJKA 320 128 out1
VLAJKA 528 208 0
VLAJKA 576 128 von2
SYMBOL napätie 0 80 R0
SYMATTR InstName V1
Hodnota SYMATTR 10
Potenciometer SYMBOL 272 176 M0
SYMATTR InstName U1
Stierač SYMATTR SpiceLine2=0,2
Potenciometer SYMBOL 528 176 M0
SYMATTR InstName U2
SYMATTR SpiceLine R=1
Stierač SYMATTR SpiceLine2=0,8
TEXT 140 228 Vľavo 2 !.op

potenciometer.asy

Verzia 4
SymbolTyp BLOCK
LINE Normálne 16 -31 -15 -16
LINE Normálne -16 -48 16 -31
LINE Normálne 16 -64 -16 -48
LINE Normálne 1 -9 -15 -16
LINE Normálne 1 0 1 -9
LINE Normálne 1 -94 1 -87
LINE Normálne -24 -56 -16 -48
LINE Normálne -24 -40 -15 -48
LINE Normálne -47 -48 -15 -48
LINE Normálne -16 -80 16 -64
LINE Normálne 1 -87 -16 -80
OKNO 0 30 -90 Vľavo 2
OKNO 39 30 -50 Vľavo 2
OKNO 40 31 -23 Vľavo 2
SYMATTR Predpona X
Potenciometer SYMATTR ModelFile.lib
SYMATTR SpiceLine R=1k
Stierač SYMATTR SpiceLine2=0,5
Potenciometer SYMATTR Value2
PIN 0 -96 ŽIADNE 8
PINATTR PinName 1
Objednávka korenia PINATTR 1
PIN 0 0 ŽIADNE 8
PINATTR PinName 2
Objednávka korenia PINATTR 2
PIN -48 -48 ŽIADNE 8
PINATTR PinName 3
Objednávka korenia PINATTR 3

potenciometer.lib

* Toto je potenciometer
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.Potenciometer SUBCKT 1 2 3
.param w=limit(stierač,1m,.999)
R0 1 3 {R*(1-w)}
R1 3 2 {R*(w)}
.KONIEC

3. Wheatstoneov mostík na meranie odporu PT100

Spojenie Wheatstoneovým mostíkom a simulačný model LTspice

Jednoramenný mostík alebo Wheatstoneov okruh

Spojenie Wheatstoneovým mostíkom a simulačný model LTspice:
Keď je most vyvážený, hodnota merania merača napätia ekv?%5Cveľký trojuholníkupU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

Z tohto, dá sa to vydedukovať: Rt/R3=R2/R4

Teda: Rt*R4=R2*R3

Výsledok merania odporu týmto spôsobom nemá nič spoločné s presnosťou merača napätia, presnosť odporu, a elektromotorická sila. Zabraňuje chybe spôsobenej zmenou napájania v priebehu času, a vyhýba sa problémom s delením napätia ampérmetra, skrat merača napätia, a príliš veľa rozdelenia napätia drôtu.

Rôzne metódy merania PT100:

Niekoľko hlavných metód tepelného odporu P

Keď je bod teploty, ktorý sa má merať na mieste, ďaleko od prístroja, je potrebné prepojiť tepelný odpor oloveným vodičom. Odpor vedenia je r. Dvojvodičový systém sa nemôže vyhnúť chybe spôsobenej odporom vodiča pri výpočte, a skutočná nameraná hodnota odporu bude menšia.

Odpor tepelného odporu plus vodiča je r

Aby sa vyrovnala chyba, je zavedené štvorvodičové pripojenie. Keď sa Rt zvýši o 2r, R2 sa tiež zvyšuje o 2r. Bez ohľadu na to, aký dlhý je drôt, most môže byť vyvážený. Je potrebné nakresliť štyri drôty. Pretože napätia v bodoch p a q sú rovnaké, môžu byť ekvivalentné jednému bodu, čo je trojvodičový spôsob pripojenia, to je, metóda trojvodičového pripojenia simulovaná v tomto experimente. V praxi, väčšinou sa používa aj trojvodič, berúc do úvahy hospodárnosť aj presnosť.

4. Trojvodičové meranie Simulácia LTSpice

3-meranie drôtu, a pripojte obvod operačného zosilňovača na výstup

Tento experiment využíva trojvodičové meranie, a pripája obvod operačného zosilňovača k výstupnej časti na zosilnenie výstupného signálu pre jednoduché meranie.
Uo= (V1-V2)*(R17/R15)=20*(V1-V2)

Teda, V1=(Uo+20*V2)/20

Podľa rozdelenia napätia rezistora:

V1 = Vs*(Rt/(R2+Rt))

V2 = Vs*(R10/(R9+R10))

Vstupné napätie tejto simulácie je 3V. Po výpočte, V2≈108,434 mV
V1=(Uo+2168,68)/20
V1=Rt/(R7+Rpt) *3000
Takže: Rt=2000V1/(3000-V1)
Rt je zodpovedajúca hodnota odporu PT100. Zodpovedajúcu hodnotu teploty je možné získať v tabuľke.
Nastavte odpor posuvného reostatu (Rt) do 130.6 ohmy pre teplotu 78 stupňov Celzia, prečítajte si V1, V2, a Uo na výpočet Rt.

Rt je zodpovedajúca hodnota odporu PT100, zodpovedajúca hodnota teploty

V1 je približne 182,82 mV, V2 je približne 118,46 mV, a U0 je približne 1,39 V. Vypočítané Rpt je asi 129,78 V. Tabuľka ukazuje, že odčítaná teplota je 76 stupňov Celzia, čo je blízko.

Nastavte odpor posuvného reostatu (Rt) do 200.05 ohmy pre teplotu 266.5 stupňov Celzia, prečítajte si V1, V2, a Uo na výpočet Rt.

V1 je približne 270,45 mV, V2 je približne 118,46 mV, a U0 je približne 3,0257 V. Vypočítané Rpt je približne 198,16 V, a chybová hodnota je asi 1%. Tabuľka ukazuje, že odčítaná teplota je 261.3 stupňov Celzia, s chybou asi 1%.

Princíp merania teploty trojvodičového PT100 je založený hlavne na mostíkovej metóde. Merací obvod je zvyčajne nevyvážený mostík, a PT100 sa používa ako odpor ramena mostíka. Keď prúd prechádza cez PT100, zmena hodnoty jeho odporu spôsobí zmenu výstupného napätia mostíka. Meraním tohto výstupného napätia, možno vypočítať hodnotu odporu PT100, a potom je možné získať nameranú teplotu.
Aby sa eliminoval vplyv odporu olova, trojvodičový PT100 má špeciálny dizajn, pripojenie jedného vodiča k napájaciemu koncu mostíka, a ďalšie dva vodiče sú pripojené k ramenu mostíka, kde sa nachádza PT100 a k nemu susediacemu ramenu mostíka. Týmto spôsobom, obe ramená mostíka zavádzajú odpory vedenia rovnakej hodnoty odporu, aby bol most v rovnovážnom stave. Preto, zmena odporu vedenia nemá vplyv na výsledok merania. Však, v skutočnom meraní budú stále existovať vplyvy, ako sú zariadenia. Nameraná hodnota odporu nie je presná. Aby sa táto chyba odstránila, pri čítaní možno pridať nejakú kompenzáciu.