Rešitev vezja za zajem temperature PT100/PT1000

1. Tabela spremembe temperaturne odpornosti PT100 in PT1000
Kovinski toplotni upori, kot je nikelj, Baker in platinasti upori imajo pozitivno povezavo s spremembo odpornosti s temperaturo. Platina ima najstabilnejše fizikalne in kemijske lastnosti in se najpogosteje uporablja. Obseg temperature najpogosteje uporabljenega platinskega upora PT100 je -200 ～ 850 ℃. Poleg tega, Območje merjenja temperature PT500, Pt1000, itd. se zaporedno zmanjšujejo. Pt1000, Območje merjenja temperature -200 ～ 420 ℃. V skladu z mednarodnim standardom IEC751, temperaturne značilnosti platinastega upora Pt1000 izpolnjujejo naslednje zahteve:

Pt1000 temperaturna karakteristična krivulja

Glede na temperaturno karakteristično krivuljo Pt1000, Naklon značilne krivulje upornosti se v normalnem območju delovne temperature malo spremeni (kot je prikazano na sliki 1). Skozi linearno opremljanje, Približno razmerje med odpornostjo in temperaturo je:

1.1 Tabela spreminjanja temperaturne odpornosti PT100

Tabela spreminjanja temperaturne odpornosti PT100

1.2 Tabela za spremembo temperaturne odpornosti PT1000

Tabela za spremembo temperaturne odpornosti PT1000

2. Pogosto uporabljene rešitve zajemnih vezij

2.1 Izhod delitve uporovne napetosti 0 ~ 3,3V/3V Analogna napetost

Oglas z enim čipom Neposredno pridobitev
Razpon izhodne napetosti vezja za merjenje temperature je 0~3,3 V, PT1000 (Vrednost odpornosti PT1000 se močno spremeni, Občutljivost za merjenje temperature je večja od PT100; PT100 je bolj primeren za merjenje temperature v velikem obsegu).

Uporni napetostni delilni izhodi 0 ~ 3,3V 3V analogna napetost

Najenostavnejši način je uporaba metode delitve napetosti. Napetost je referenčni vir napetosti 4V, ustvarjen s čipom referenčnega vira napetosti TL431, ali ref3140 lahko uporabite za ustvarjanje 4.096V kot referenčni vir. Referenčni izvorni čipi vključujejo tudi Ref3120, 3125, 3130, 3133, in 3140. Čip uporablja paket SOT-32 in 5V vhodno napetost. Izhodno napetost lahko izberete glede na zahtevano referenčno napetost. seveda, Glede na normalno napetostno vhodno območje vhoda MCU, ne sme preseči 3V/3,3V.

2.2 Izhod delitve uporovne napetosti 0 ~ 5V Analogna napetost MCU Ad Port Direct Fuction.
seveda, Nekatera vezja uporabljajo napajanje 5V MCU, in največji obratovalni tok PT1000 je 0,5mA, zato je treba za zagotovitev normalnega delovanja komponent uporabiti ustrezno vrednost upora.
Na primer, 3,3V v zgornjem shematičnem diagramu delitve napetosti je nadomeščen s 5V. Prednost tega je, da je delitev napetosti 5V bolj občutljiva od 3,3 V, in pridobitev je natančnejša. Ne pozabite, teoretično izračunana izhodna napetost ne sme preseči +5V. V nasprotnem primeru, To bo povzročilo škodo na MCU.

2.3 Najpogosteje uporabljena meritev mostu
R11, R12, R13 in PT1000 se uporabljata za oblikovanje merilnega mostu, kjer je R11=R13=10k, R12 = 1000R natančni upori. Ko vrednost upora Pt1000 ni enaka vrednosti upora R12, Most bo oddajal signal razlika na napetosti na ravni MV. Ta signal napetostne razlike ojača vezje ojačevalnika instrumenta in oddaja želeni napetostni signal. Ta signal je lahko neposredno povezan s čipom za pretvorbo oglasov ali oglaševalskim vhodom mikrokontrolerja.

R11, R12, R13 in PT1000 se uporabljata za oblikovanje merilnega mostu

Načelo merjenja upora tega vezja:
1) PT1000 je termistor. Ko se temperatura spreminja, odpornost se v bistvu spreminja linearno.
2) pri 0 stopnje, upornost PT1000 je 1kΩ, potem sta Ub in Ua enaka, to je, Uba = Ub – Naredi = 0.
3) Ob predpostavki, da pri določeni temperaturi, upornost PT1000 je 1,5 kΩ, potem Ub in Ua nista enaka. Po načelu delitve napetosti, Lahko ugotovimo, da je uba = ub – naredi > 0.
4) OP07 je operacijski ojačevalnik, in njegova napetost je odvisna od zunanjega vezja, kjer je A = R2/R1 = 17.5.
5) Izhodna napetost Uo OP07 = Uba * A. Torej, če uporabimo voltmeter za merjenje izhodne napetosti OP07, lahko sklepamo na vrednost Uab. Ker je Ua znana vrednost, lahko naprej izračunamo vrednost Ub. Potem, Uporaba načela delitve napetosti, lahko izračunamo specifično vrednost upora PT1000. Ta postopek je mogoče doseči z izračunom programske opreme.
6) Če poznamo vrednost upora PT1000 pri kateri koli temperaturi, Tabelo moramo poiskati samo na podlagi vrednosti upora, da poznamo trenutno temperaturo.

2.4 Vir stalnega toka
Zaradi samosegrevalnega učinka termičnega upora, Tok, ki teče skozi upor, mora biti čim manjši. Na splošno, Pričakuje se, da bo tok manjši od 10mA. Preverjeno je bilo, da je samosegrevanje platinastega upora PT100 iz 1 MW bo povzročil spremembo temperature 0,02-0,75 ℃. Zato, Zmanjšanje toka platinaste upor PT100 lahko tudi zmanjša njegovo temperaturno spremembo. Vendar, če je tok premajhen, je dovzeten za hrupne motnje, Torej je vrednost na splošno 0.5-2 mA, tako da je tok vira s konstantnim tokom izbran kot vir s konstantnim tokom 1 mA.

Čip je izbran kot čip konstantne napetosti TL431, in nato pretvori v vir konstantnega toka z uporabo trenutnih negativnih povratnih informacij. Vezje je prikazano na sliki

Med njimi, Operativni ojačevalnik CA3140 se uporablja za izboljšanje zmogljivosti obremenitve trenutnega vira, in formula za izračun izhodnega toka je:

Upor naj bo 0.1% natančni upor. Končni izhodni tok je 0,996 mA, to je, natančnost je 0.4%.

Vezje vira stalnega toka mora imeti naslednje značilnosti

Izberite konstantni vir napetosti TL431

Temperaturna stabilnost: Ker je naše okolje za merjenje temperature 0-100 ℃, izhod tokovnega vira ne sme biti občutljiv na temperaturo. TL431 ima izjemno nizko temperaturni koeficient in nizko temperaturo.

Dobra regulacija obremenitve: Če je trenutno valovanje preveliko, to bo povzročilo napake pri branju. Po teoretični analizi, Ker se vhodna napetost giblje med 100-138,5mV, in območje merjenja temperature je 0-100 ℃, natančnost merjenja temperature je ±1 stopinja Celzija, zato se mora izhodna napetost spremeniti za 38,5/100=0,385mV za vsak 1℃ dvig temperature okolja. Da bi zagotovili, da trenutna nihanja ne vplivajo na natančnost, razmislite o najbolj skrajnem primeru, pri 100 stopinj Celzija, vrednost upora PT100 mora biti 138,5R. Potem mora biti valovanje toka manjše od 0,385/138,5=0,000278mA, to je, Trenutna sprememba med spremembo obremenitve mora biti manjša od 0,000278Ma. V dejanski simulaciji, trenutni vir ostane v osnovi nespremenjen.
3. Rešitev zajemnega vezja AD623

AD623 Pridobitev rešitev PT1000 Circuit

Načelo se lahko nanaša na zgornji princip merjenja mostu.
Pridobivanje pri nizki temperaturi:

Pridobivanje visoke temperature

4. Rešitev zajemnega vezja AD620

AD620 PT100 Rešitev za pridobitev

AD620 PT100 Rešitev za pridobivanje visoke temperature (150°):

AD620 PT100 Rešitev za pridobivanje nizke temperature (-40°):

AD620 PT100 Pridobitna rešitev sobna temperatura (20°):

5. PT100 in PT1000 analiza filtriranja proti interferenci

Zajemanje temperature v nekem kompleksu, težka ali posebna okolja bodo izpostavljena velikim motnjam, predvsem vključno z EMI in REI.

Na primer, pri uporabi zaznavanja temperature motorja, Nadzor motorja in vrtenje motorja visoke hitrosti povzročata motnje z visoko frekvenco.

Obstaja tudi veliko število scenarijev nadzora temperature v letalskih in vesoljskih vozilih, ki merijo in krmilijo elektroenergetski sistem in sistem za nadzor okolja. Jedro nadzora temperature je merjenje temperature. Ker se upornost termistorja lahko linearno spreminja s temperaturo, uporaba platinske odpornosti za merjenje temperature je učinkovita visoko natančna metoda merjenja temperature. Glavne težave so naslednje:
1. Upor na vodilni žici se zlahka uvede, kar vpliva na natančnost merjenja senzorja;
2. V nekaterih močnih elektromagnetnih interferenčnih okoljih, Motnje se lahko pretvori v DC izhod po odpravljanju ojačevalnika instrumenta
Napaka odmika, vpliva na natančnost merjenja.
5.1 Zajemno vezje PT1000 v vesoljskem zraku

Zajemno vezje PT1000 v vesoljskem zraku

Glejte zasnovo zračnega vezja za zajemanje PT1000 za protielektromagnetne motnje v določenem letalstvu.

Filter je nastavljen na skrajnem koncu zajemalnega kroga. PT1000 Predobdelava vezja je primerna za predhodno obdelavo vmesnika za elektronsko opremo v zraku;
Specifično vezje je:
Vhodna napetost +15 V se prek regulatorja napetosti pretvori v vir napetosti visoke natančnosti +5 V, in visoka natančna napetostna vir +5V je neposredno povezan z uporom R1.
Drugi konec upora R1 je razdeljen na dve poti, enega, ki je povezan s faznim vhodom operacijskega ojačevalnika, drugi pa je bil povezan z uporom PT1000 A konec skozi T-tipa filter S1. Izhod operacijskega ojačevalnika je povezan z invertnim vhodom, da tvori sledilnik napetosti, in obračalni vhod je povezan z ozemljitvenim priključkom regulatorja napetosti, da se zagotovi, da je napetost na vhodu v fazi vedno enaka nič. Po prehodu skozi filter S2, en konec A upora PT1000 je razdeljen na dve poti, Ena pot se uporablja kot vhodni terminal diferencialne napetosti D skozi upor R4, in druga pot je povezana z AGND prek upora R2. Po prehodu skozi filter S3, drugi konec B upora PT1000 je razdeljen na dve poti, Ena pot se uporablja kot vhodni terminal diferencialne napetosti E skozi upor R5, in druga pot je povezana z AGND prek upora R3. D in E sta povezana preko kondenzatorja C3, D je povezan z AGND prek kondenzatorja C1, in E je povezan z AGND prek kondenzatorja C2; Natančno odpornost vrednosti PT1000 je mogoče izračunati z merjenjem diferencialne napetosti med D in E.

Vhodna napetost +15 V se prek regulatorja napetosti pretvori v vir napetosti visoke natančnosti +5 V. +5V je neposredno povezan z R1. Drugi konec R1 je razdeljen na dve poti, Ena je povezana z vhodnim vhodnim terminalom OP Amp, in drugi je povezan z uporom PT1000 A skozi filter T-tipa S1. Izhod operacijskega ojačevalnika je povezan z invertnim vhodom, da tvori sledilnik napetosti, in invertirajoči vhod je povezan z ozemljitvenim priključkom napetostnega regulatorja, da se zagotovi, da je napetost na invertirajočem vhodu vedno enaka nič. V tem času, tok, ki teče skozi R1, je konstanten 0,5 mA. Regulator napetosti uporablja AD586TQ/883B, operacijski ojačevalnik pa uporablja OP467A.

Po prehodu skozi filter S2, en konec A upora PT1000 je razdeljen na dve poti, enega skozi upor R4 kot vhodni konec diferencialne napetosti D, in enega skozi upor R2 na AGND; Po prehodu skozi filter S3, drugi konec B upora PT1000 je razdeljen na dve poti, enega skozi upor R5 kot vhodni konec diferencialne napetosti E, in enega skozi upor R3 na AGND. D in E sta povezana preko kondenzatorja C3, D je povezan z AGND prek kondenzatorja C1, in E je povezan z AGND prek kondenzatorja C2.
Upornost R4 in R5 je 4,02 k ohmov, upor R1 in R2 je 1M ohmov, kapacitivnost C1 in C2 je 1000pF, in kapacitivnost C3 je 0,047uF. R4, R5, C1, C2, in C3 skupaj tvorita mrežo filtrov RFI, ki zaključuje filtriranje vhodnega signala z nizkim prehodom, in predmeti, ki jih je treba filtrirati. Izračun mejne frekvence –3dB motenj skupnega načina in motenj diferencialnega načina, ki jih prenaša vhodni signal, je prikazan v formuli:

Zamenjava vrednosti upora v izračunu, mejna frekvenca običajnega načina je 40 kHz, in mejna frekvenca diferencialnega načina je 2,6 KHZ.
Končna točka B je povezana z AGND preko filtra S4. Med njimi, ozemljitveni priključki filtra od S1 do S4 so vsi povezani z ozemljitvijo letala. Ker je tok, ki teče skozi PT1000, znanih 0,05 mA, natančno vrednost upora PT1000 je mogoče izračunati z merjenjem diferenčne napetosti na obeh koncih D in E.
S1 do S4 uporabljajo filtre tipa T, model GTL2012X‑103T801, s frekvenco preseka 1m ± 20%. To vezje uvaja nizkopasovne filtre v zunanje vmesniške linije in izvaja filtriranje RFI na diferenčni napetosti. Kot vezje za predprocesiranje za PT1000, učinkovito odpravlja motnje elektromagnetnega in RFI sevanja, kar močno izboljša zanesljivost zbranih vrednosti. Poleg tega, napetost se neposredno meri z obeh koncev upora PT1000, odpravljanje napake, ki jo povzroča upornost svinca, in izboljšanje natančnosti vrednosti upora.

5.2 Filter tipa T
Filter tipa T je sestavljen iz dveh induktorjev in kondenzatorjev. Oba konca imata visoko impedanco, in njegova zmogljivost vnesenih izgub je podobna kot pri filtru tipa π, vendar ni nagnjen k “zvonjenje” in se lahko uporablja v stikalnih tokokrogih.