3-Trådmätlösning för PT100 (FoTU) Sensor

LTSpice-simulering av 3-trådsmätschema för PT100 (FoTU) sensor: Pt100 är en termisk resistor temperatursensor, det fullständiga namnet är platinamotstånd 100 ohm. Den är gjord av ren platina, och dess resistansvärde ökar linjärt i en viss proportion när temperaturen ändras.

PT100, det fullständiga namnet på platina termiskt motstånd, är en resistiv temperatursensor gjord av platina (Pt), och dess motståndsvärde ändras med temperaturen. De 100 efter PT betyder att dess resistansvärde är 100 ohm vid 0℃, och dess motståndsvärde är ca 138.5 ohm vid 100℃. Den har egenskaperna för hög precision, bra stabilitet, stark anti-interferensförmåga, och förhållandet mellan dess motstånd och temperaturförändring är: R=RO(1+αT), där a = 0,00392, Ro är 100Ω (motståndsvärde vid 0℃), och T är Celsiustemperatur.

PT100 temperaturresistans motsvarande ändringstabell

2. Importera pt100 motstånd
Eftersom det inte finns någon pt100 i LTspice-komponentbiblioteket, vi måste importera pt100 manuellt. Eftersom kryddfilen för pt100 inte hittas, vi importerar glidmotståndet här som ett substitut. För att importera glidmotståndet, du måste lägga till följande tre filer i installationskatalogen för LTspice. Kopiera de tre filerna (asc, asy och lib) separat, skapa filer för varje, och slutligen placera dem på motsvarande plats för LTSpice-installationen. Sätt asc med andra scheman, sätt asy i sym under lib, och sätt lib i sub under lib. Efter att ha lagt till, du kan se potentiometer i komponenten i LTSpice. Denna potentiometer är det nödvändiga glidmotståndet.

potentiometer_test.asc

Version 4
ARK 1 880 680
TRÅD 272 48 0 48
TRÅD 528 48 272 48
TRÅD 272 80 272 48
TRÅD 528 80 528 48
TRÅD 0 96 0 48
TRÅD 0 192 0 176
TRÅD 272 208 272 176
TRÅD 528 208 528 176
FLAGGA 272 208 0
FLAGGA 0 192 0
FLAGGA 320 128 ut1
FLAGGA 528 208 0
FLAGGA 576 128 ut 2
SYMBOL spänning 0 80 R0
SYMATTR InstName V1
SYMATTR värde 10
SYMBOL potentiometer 272 176 M0
SYMATTR InstName U1
SYMATTR SpiceLine2 torkare=0,2
SYMBOL potentiometer 528 176 M0
SYMATTR InstName U2
SYMATTR SpiceLine R=1
SYMATTR SpiceLine2 torkare=0,8
TEXT 140 228 Vänster 2 !.op

potentiometer.asy

Version 4
SymbolType BLOCK
LINE Normal 16 -31 -15 -16
LINE Normal -16 -48 16 -31
LINE Normal 16 -64 -16 -48
LINE Normal 1 -9 -15 -16
LINE Normal 1 0 1 -9
LINE Normal 1 -94 1 -87
LINE Normal -24 -56 -16 -48
LINE Normal -24 -40 -15 -48
LINE Normal -47 -48 -15 -48
LINE Normal -16 -80 16 -64
LINE Normal 1 -87 -16 -80
FÖNSTER 0 30 -90 Vänster 2
FÖNSTER 39 30 -50 Vänster 2
FÖNSTER 40 31 -23 Vänster 2
SYMATTR Prefix X
SYMATTR ModelFile potentiometer.lib
SYMATTR SpiceLine R=1k
SYMATTR SpiceLine2 torkare=0,5
SYMATTR Value2 potentiometer
STIFT 0 -96 INGEN 8
PINATTR PinName 1
PINATTR SpiceOrder 1
STIFT 0 0 INGEN 8
PINATTR PinName 2
PINATTR SpiceOrder 2
STIFT -48 -48 INGEN 8
PINATTR PinName 3
PINATTR SpiceOrder 3

potentiometer.lib

* Detta är potentiometern
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.SUBCKT potentiometer 1 2 3
.param w=gräns(torkare,1m,.999)
R0 1 3 {R*(1-w)}
R1 3 2 {R*(w)}
.SLUTAR

3. Wheatstone-brygga för att mäta PT100-motstånd

Wheatstone-brokoppling och LTspice-simuleringsmodell

Enarmad bro eller Wheatstone-krets

Wheatstone-brokoppling och LTspice-simuleringsmodell:
När bron är balanserad, spänningsmätarens mätvärde ekv?%5CbigtriangleupU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

Från detta, det kan man sluta sig till: Rt/R3=R2/R4

Som är: Rt*R4=R2*R3

Resistansmätningsresultatet på detta sätt har inget med spänningsmätarens noggrannhet att göra, motståndets noggrannhet, och den elektromotoriska kraften. Det undviker felet som orsakas av bytet av strömförsörjningen över tid, och undviker problemet med amperemeterspänningsdelning, spänningsmätareshunt, och för många trådspänningsdelningar.

Olika mätmetoder för PT100:

Flera ledande metoder för P termiskt motstånd

När temperaturpunkten som ska mätas på plats är långt borta från instrumentet, det är nödvändigt att ansluta det termiska motståndet med en ledningstråd. Ledningsmotståndet är r. Tvåtrådssystemet kan inte undvika felet som orsakas av trådmotståndet under beräkningen, och det faktiska uppmätta resistansvärdet blir mindre.

Motståndet för det termiska motståndet plus ledningstråden är r

För att kompensera för felet, en fyrtrådsanslutning införs. När Rt ökar med 2r, R2 ökar också med 2r. Oavsett hur lång tråden är, bron kan balanseras. Fyra trådar måste dras. Eftersom spänningarna i punkterna p och q är lika, de kan motsvara en poäng, vilket är den tretrådiga anslutningsmetoden, som är, den tretrådiga anslutningsmetoden simulerad i detta experiment. I praktiken, tretråd används också mest, med hänsyn till både ekonomi och noggrannhet.

4. Tretrådsmätning LTSpice-simulering

3-trådmätning, och anslut op amp kretsen vid utgången

Detta experiment använder tretrådsmätning, och ansluter op amp-kretsen till utgångsdelen för att förstärka utsignalen för enkel mätning.
Uo= (V1-V2)*(R17/R15)=20*(V1-V2)

Som är, V1=(Uo+20*V2)/20

Enligt motståndets spänningsindelning:

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

V2 = Vs*(10 kr/(R9+R10))

Inspänningen för denna simulering är 3V. Efter beräkning, V2≈108.434mV
V1=(Uo+2168,68)/20
V1=Rt/(R7+Rpt) *3000
Så: Rt=2000V1/(3000-V1)
Rt är motsvarande resistansvärde för PT100. Motsvarande temperaturvärde kan erhållas genom att slå upp tabellen.
Ställ in motståndet för den glidande reostaten (Rt) till 130.6 ohm för temperaturen på 78 grader Celsius, läs V1, V2, och Uo för att beräkna Rt.

Rt är motsvarande resistansvärde för PT100, motsvarande temperaturvärde

V1 är cirka 182,82mV, V2 är cirka 118,46mV, och U0 är cirka 1,39V. Den beräknade Rpt är cirka 129,78V. Tabellen visar att den avlästa temperaturen är 76 grader Celsius, som är nära.

Ställ in motståndet för den glidande reostaten (Rt) till 200.05 ohm för temperaturen på 266.5 grader Celsius, läs V1, V2, och Uo för att beräkna Rt.

V1 är cirka 270,45mV, V2 är cirka 118,46mV, och U0 är cirka 3,0257V. Den beräknade Rpt är cirka 198,16V, och felvärdet är ca 1%. Tabellen visar att den avlästa temperaturen är 261.3 grader Celsius, med ett fel på ca 1%.

Temperaturmätningsprincipen för den tretrådiga PT100 är huvudsakligen baserad på bryggmetoden. Mätkretsen är vanligtvis en obalanserad brygga, och PT100 används som broarmsmotstånd för bron. När ström passerar genom PT100, förändringen i dess resistansvärde kommer att orsaka förändringen i utgångsspänningen från bryggan. Genom att mäta denna utspänning, motståndsvärdet för PT100 kan beräknas, och sedan kan den uppmätta temperaturen erhållas.
För att eliminera påverkan av blymotstånd, den tretrådiga PT100 har en speciell design, anslut en ledning till strömförsörjningsänden av bron, och de andra två ledningarna är anslutna till broarmen där PT100 är placerad och broarmen intill den. På det här sättet, båda bryggarmarna introducerar blymotstånd med samma resistansvärde, så att bron är i ett balanserat tillstånd. Därför, förändringen i blyresistans har ingen effekt på mätresultatet. Dock, det kommer fortfarande att finnas influenser såsom enheter i faktiska mätningar. Det uppmätta motståndsvärdet är inte korrekt. För att eliminera detta fel, viss kompensation kan läggas till vid läsning.