Rezistory a obvody kovových tepelných rezistorových senzorových sond PT100 a PT1000

Obvod snímania teploty pre senzorovú sondu PT100 alebo PT1000 zvyčajne pozostáva zo stabilného zdroja prúdu na vybudenie senzora, vysoko presný obvod na meranie odporu na detekciu zmeny odporu s teplotou, a analógovo-digitálny prevodník (ADC) na konverziu nameraného napätia na digitálny signál, ktorý môže spracovať mikrokontrolér alebo systém zberu dát; kľúčový rozdiel medzi obvodom PT100 a PT1000 je stupnica hodnôt odporu, pretože Pt100 má menovitý odpor 100 ohmoch pri 0 °C, zatiaľ čo Pt1000 má 1000 ohmoch pri 0°C, často vyžadujú úpravy v meracom obvode v závislosti od požadovanej presnosti a aplikácie.

Článok predstavuje zmenu odporu kovových snímačov tepelného odporu PT100 a PT1000 pri rôznych teplotách, ako aj rôzne riešenia obvodov na snímanie teploty. Vrátane delenia odporového napätia, meranie mosta, zdroj konštantného prúdu a AD623, Akvizičný obvod AD620. Aby odolali rušeniu, najmä elektromagnetické rušenie v oblasti letectva a kozmonautiky, navrhuje sa návrh obvodu zberu snímača teploty PT1000 vo vzduchu, vrátane filtra typu T na filtrovanie a zlepšenie presnosti merania.
Abstrakt generovaný CSDN prostredníctvom inteligentnej technológie

PT100 Káblový snímač teploty pre presné meranie teploty v nádobách, nádrže a potrubia

Vysokoteplotný kábel snímača teploty T100 -50～260

Platinový odporový teplotný snímač PT100 pre povrchovú teplotu vysielača

Riešenie obvodu na snímanie teploty PT100/PT1000
1. Tabuľka zmeny teplotného odporu snímačov PT100 a PT1000
Kovové tepelné odpory, ako je nikel, medené a platinové rezistory majú pozitívnu koreláciu so zmenou teploty. Platina má najstabilnejšie fyzikálne a chemické vlastnosti a je najpoužívanejšia. Rozsah merania teploty bežne používaných platinových odporových snímačov Pt100 je -200～850℃, a rozsahy merania teploty Pt500, Senzorové sondy Pt1000, tam. sa postupne znižujú. 1000 Pt, rozsah merania teploty je -200 až 420 ℃. Podľa medzinárodného štandardu IEC751, teplotné charakteristiky platinového odporu Pt1000 spĺňajú nasledujúce požiadavky:

Teplotná charakteristika Pt1000

Podľa teplotnej charakteristiky Pt1000, sklon odporovej charakteristiky sa v rámci normálneho rozsahu prevádzkových teplôt mierne mení (ako je znázornené na obrázku 1). Približný vzťah medzi odporom a teplotou možno získať lineárnym prispôsobením:

Tabuľka zmeny teplotnej odolnosti PT100 1

2. Bežne používané riešenia akvizičných obvodov

2. 1 Výstup deliča napätia rezistora 0~3,3V/3V analógové napätie s jedným čipom AD port priame získavanie
Rozsah výstupného napätia obvodu merania teploty je 0~3,3V, PT1000 (Hodnota odporu PT1000 sa výrazne mení, a citlivosť merania teploty je vyššia ako PT100; PT100 je vhodnejší na meranie teploty vo veľkom meradle).

Najjednoduchším spôsobom je použiť metódu delenia napätia. Napätie generuje čip zdroja referenčného napätia TL431, čo je referenčný zdroj napätia 4V. Prípadne, REF3140 možno použiť na generovanie 4,096 V ako referenčný zdroj. Referenčné zdrojové čipy zahŕňajú aj REF3120, 3125, 3130, 3133, a 3140. Čip používa puzdro SOT-32 a vstupné napätie 5V. Výstupné napätie je možné zvoliť podľa požadovaného referenčného napätia. Samozrejme, podľa normálneho vstupného rozsahu napätia AD portu mikrokontroléra, nesmie prekročiť 3V/3,3V.

PT100 jednočipový AD port priameho zberu obvodu

2.2 Výstup delenia napätia rezistora 0~5V analógové napätie, a AD port mikrokontroléra ho priamo zhromažďuje.
Samozrejme, niektoré obvody sú napájané 5V mikrokontrolérom, a maximálny prevádzkový prúd PT1000 je 0,5 mA, preto sa musí použiť vhodná hodnota odporu na zabezpečenie normálnej prevádzky komponentu.
Napríklad, 3,3 V v schéme delenia napätia vyššie je nahradené 5V. Výhodou je, že 5V napäťové delenie je citlivejšie ako 3,3V napätie, a zber je presnejší. Pamätajte, teoretické vypočítané výstupné napätie nemôže prekročiť +5V. Inak, mikrokontrolér sa poškodí.

2.3 Najčastejšie používané meranie mostov

Obvod deliča napätia PT100 vydáva analógové napätie 0~5V

Použite R11, R12, R13 a Pt1000 na vytvorenie meracieho mostíka, kde R11=R13=10k, R12=1000R presný rezistor. Keď sa hodnota odporu Pt1000 nerovná hodnote odporu R12, most bude vydávať signál rozdielu napätia na úrovni mV. Tento signál rozdielu napätia je zosilnený obvodom zosilňovača prístroja a vydáva požadovaný napäťový signál, ktorý môže byť priamo pripojený k AD prevodnému čipu alebo AD portu mikrokontroléra.

Princíp merania odporu tohto obvodu:

1) PT1000 je termistor, a jeho odpor sa mení v podstate lineárne so zmenou teploty.

2) O 0 stupňa, odpor PT1000 je 1kΩ, potom sú Ub a Ua rovnaké, to je, Uba = Ub – Robiť = 0.
3) Za predpokladu, že pri určitej teplote, odpor PT1000 je 1,5kΩ, potom Ub a Ua nie sú rovnaké. Podľa princípu deliča napätia, môžeme nájsť Uba = Ub – Do > 0.
4) OP07 je operačný zosilňovač, a jeho faktor zosilnenia napätia A závisí od vonkajšieho obvodu, kde A = R2/R1= 17.5.
5) Výstupné napätie Uo OP07 = Uba * A. Ak teda použijeme voltmeter na meranie výstupného napätia OP07, môžeme odvodiť hodnotu Uab. Keďže Ua je známa hodnota, môžeme ďalej vypočítať hodnotu Ub. Potom, pomocou princípu deliča napätia, môžeme vypočítať špecifickú hodnotu odporu PT1000. Tento proces je možné dosiahnuť pomocou softvérového výpočtu.
6) Ak poznáme hodnotu odporu PT1000 pri akejkoľvek teplote, stačí nám vyhľadať tabuľku podľa hodnoty odporu, aby sme vedeli aktuálnu teplotu.

2.4 Zdroj konštantného prúdu
Vďaka samoohrievaciemu účinku tepelného odporu, je potrebné zabezpečiť, aby prúd pretekajúci rezistorom bol čo najmenší, a všeobecne sa očakáva, že prúd bude menší ako 10 mA. Bolo overené, že samozahrievanie platinového odporu PT100 z 1 mW spôsobí zmenu teploty o 0.02 do 0,75 ℃, takže zníženie prúdu platinového odporu PT100 môže tiež znížiť jeho teplotnú zmenu. Však, ak je prúd príliš malý, je náchylný na rušenie šumom, tak sa to všeobecne berie na 0.5 do 2 mA, takže prúd zdroja konštantného prúdu je zvolený ako zdroj konštantného prúdu 1 mA.

Zvoleným čipom je čip zdroja konštantného napätia TL431, a potom sa súčasná negatívna spätná väzba použije na jej premenu na zdroj konštantného prúdu. Obvod je znázornený na obrázku:

Schéma akvizície obvodu zdroja konštantného prúdu odporu PT100

Operačný zosilňovač CA3140 slúži na zlepšenie zaťažiteľnosti prúdového zdroja, a výpočtový vzorec pre výstupný prúd je:
Sem vložte popis obrázku Rezistor by mal byť a 0.1% presný rezistor. Konečný výstupný prúd je 0,996 mA, to je, presnosť je 0.4%.
Obvod zdroja konštantného prúdu by mal mať nasledujúce charakteristiky:
Teplotná stabilita: Pretože naše prostredie na meranie teploty je 0-100 ℃, výstup zdroja prúdu by nemal byť citlivý na teplotu. A TL431 má extrémne nízky teplotný koeficient a nízky teplotný drift.

Dobrá regulácia záťaže: Ak je zvlnenie prúdu príliš veľké, spôsobí to chyby pri čítaní. Podľa teoretickej analýzy. Pretože vstupné napätie sa pohybuje medzi 100-138,5 mV, a rozsah merania teploty je 0-100 ℃, presnosť merania teploty je ±1 stupeň Celzia, takže výstupné napätie by sa malo zmeniť o 38,5/100 = 0,385 mV na každé zvýšenie okolitej teploty o 1 ° C. Aby sa zabezpečilo, že kolísanie prúdu neovplyvní presnosť, zvážiť najextrémnejší prípad, pri 100 stupňov Celzia, hodnota odporu PT100 by mala byť 138,5R. Potom by zvlnenie prúdu malo byť menšie ako 0,385/138,5=0,000278 mA, to je, zmena prúdu počas zmeny záťaže by mala byť menšia ako 0,000278 mA. V skutočnej simulácii, zdroj prúdu zostáva v podstate nezmenený.

3. Riešenie akvizičného obvodu AD623
Princíp sa môže vzťahovať na vyššie uvedený princíp merania mostíka.
Akvizícia pri nízkej teplote:

AD620 meria vysokú teplotu akvizičného roztoku PT100 (150°)

Akvizícia pri vysokej teplote
Sem vložte popis obrázka

4. AD620 riešenie akvizičného obvodu
AD620 PT100 akvizičné riešenie pre vysoké teploty (150°):

AD620 meria akvizičné riešenie PT100 pri nízkej teplote (-40°)

AD620 PT100 akvizičné riešenie pre nízke teploty (-40°):

AD620 meria schému snímania PT100 pri izbovej teplote (20°)

AD620 PT100 akvizičný roztok pre izbovú teplotu (20°):

Obvod snímania vysokej teploty snímača PT100

5. Antiinterferenčná filtračná analýza snímačov PT100 a PT1000
Zisťovanie teploty v nejakom komplexe, drsné alebo špeciálne prostredie bude vystavené veľkému rušeniu, najmä vrátane EMI a REI. Napríklad, pri aplikácii snímania teploty motora, vysokofrekvenčné poruchy spôsobené riadením motora a vysokou rýchlosťou otáčania motora.

Existuje tiež veľké množstvo scenárov regulácie teploty vo vnútri leteckých a kozmických vozidiel, ktoré merajú a riadia energetický systém a systém environmentálnej kontroly. Jadrom kontroly teploty je meranie teploty. Pretože odpor termistora sa môže lineárne meniť s teplotou, použitie platinového odporu na meranie teploty je účinná vysoko presná metóda merania teploty. Hlavné problémy sú nasledovné:
1. Odpor na olovenom drôte sa ľahko zavádza, čo ovplyvňuje presnosť merania snímača;
2. V určitých prostrediach so silným elektromagnetickým rušením, rušenie sa môže po náprave prístrojovým zosilňovačom premeniť na chybu posunu DC výstupu, ovplyvňujúce presnosť merania.

5.1 Letecký vzdušný zberný obvod PT1000
Pozrite si návrh vzdušného akvizičného obvodu PT1000 pre antielektromagnetické rušenie v určitom letectve.

Schéma akvizičného obvodu AD623 pre snímač PT100

Filter je nastavený na najkrajnejšom konci prijímacieho obvodu. Akvizičný predspracovací obvod PT1000 je vhodný na predspracovanie rozhraní leteckých elektronických zariadení proti elektromagnetickému rušeniu.; konkrétny okruh je:
Vstupné napätie +15V sa pomocou regulátora napätia prevedie na vysoko presný zdroj napätia +5V. +5V vysoko presný zdroj napätia je priamo pripojený k odporu R1, a druhý koniec odporu R1 je rozdelený na dve cesty. Jeden je pripojený ku koncu fázového vstupu operačného zosilňovača, a druhý je pripojený ku koncu rezistora A PT1000 cez filter typu T S1. Výstup operačného zosilňovača je pripojený k invertnému vstupu, aby vytvoril napäťový sledovač, a invertujúci vstup je pripojený k uzemňovaciemu portu regulátora napätia, aby sa zabezpečilo, že napätie na vstupe vo fáze je vždy nulové. Po prechode cez filter S2, jeden koniec A rezistora PT1000 je rozdelený na dve cesty, jeden cez odpor R4 ako diferenčný napäťový vstup D, a jeden cez odpor R2 na AGND. Po prechode cez filter S3, druhý koniec B rezistora PT1000 je rozdelený na dve cesty, jeden cez odpor R5 ako vstup diferenciálneho napätia E, a jeden cez odpor R3 na AGND. D a E sú spojené cez kondenzátor C3, D je pripojený k AGND cez kondenzátor C1, a E je pripojený k AGND cez kondenzátor C2. Presnú hodnotu odporu PT1000 je možné vypočítať meraním rozdielu napätia medzi D a E.

Vstupné napätie +15V sa pomocou regulátora napätia prevedie na vysoko presný zdroj napätia +5V. +5V je priamo pripojené k R1. Druhý koniec R1 je rozdelený na dve cesty, jeden pripojený k súfázovému vstupu operačného zosilňovača, a druhý pripojený ku koncu A rezistora PT1000 cez filter typu T S1. Výstup operačného zosilňovača je pripojený k invertnému vstupu, aby vytvoril napäťový sledovač, a invertujúci vstup je pripojený k uzemňovaciemu portu regulátora napätia, aby sa zabezpečilo, že napätie na invertujúcom vstupe je vždy nulové. V tomto čase, prúd pretekajúci cez R1 je konštantný 0,5 mA. Regulátor napätia používa AD586TQ/883B, a operačný zosilňovač používa OP467A.

Po prechode cez filter S2, jeden koniec A rezistora PT1000 je rozdelený na dve cesty, jeden cez odpor R4 ako vstupný koniec diferenciálneho napätia D, a jeden cez odpor R2 na AGND. Po prechode cez filter S3, druhý koniec B rezistora PT1000 je rozdelený na dve cesty, jeden cez odpor R5 ako vstupný koniec diferenciálneho napätia E, a jeden cez odpor R3 na AGND. D a E sú spojené cez kondenzátor C3, D je pripojený k AGND cez kondenzátor C1, a E je pripojený k AGND cez kondenzátor C2.
Odpor R4 a R5 je 4,02 k ohmov, odpor R1 a R2 je 1M ohmov, kapacita C1 a C2 je 1000 pF, a kapacita C3 je 0,047uF. R4, R5, C1, C2, a C3 spolu tvoria sieť RFI filtrov. RFI filter dokončuje dolnopriepustnú filtráciu vstupného signálu, a odfiltrované objekty zahŕňajú rušenie diferenciálneho režimu a rušenie spoločného režimu prenášané vstupným diferenciálnym signálom. Výpočet -3dB medznej frekvencie bežného rušenia a diferenciálneho rušenia prenášaného vstupným signálom je znázornený vo vzorci:

Letecký vzdušný zberný obvod PT1000

Dosadenie hodnoty odporu do výpočtu, medzná frekvencia bežného režimu je 40 kHz, a medzná frekvencia diferenciálneho režimu je 2,6 kHz.
Koncový bod B je pripojený k AGND cez filter S4. Medzi nimi, všetky svorky uzemnenia filtra od S1 po S4 sú pripojené k uzemneniu tienenia lietadla. Pretože prúd pretekajúci cez PT1000 je známych 0,05 mA, presnú hodnotu odporu PT1000 je možné vypočítať meraním rozdielového napätia na oboch koncoch D a E.
S1 až S4 používajú filtre typu T, model GTL2012X‑103T801, s medznou frekvenciou M±20%. Tento obvod zavádza dolnopriepustné filtre do vonkajších liniek rozhrania a vykonáva RFI filtrovanie na rozdielovom napätí. Ako obvod predspracovania pre PT1000, účinne eliminuje elektromagnetické a RFI žiarenie, čo výrazne zlepšuje spoľahlivosť zhromaždených hodnôt. Navyše, napätie sa meria priamo z oboch koncov rezistora PT1000, odstránenie chyby spôsobenej odporom vedenia a zlepšenie presnosti hodnoty odporu.

3-drôt Trieda B vysokopriemyselná regulácia teploty PT100 platinový tepelný odporový snímač teploty

Termočlánok s tlačnou pružinou typu K-E, sonda snímača teploty pt100

Vysoko presný snímač teploty PT100 na meranie teploty transformátora

5.2 Filter typu T
Sem vložte popis obrázka
Filter typu T pozostáva z dvoch induktorov a kondenzátorov. Oba konce majú vysokú impedanciu, a jeho výkon vložnej straty je podobný ako pri filtri typu π, ale nie je na to náchylný “zvonenie” a môže byť použitý v spínacích obvodoch.