Motstånd och kretsar för PT100 och PT1000 metall termiska motstånd sensorsonder

En temperaturinsamlingskrets för en PT100 eller PT1000 sensorsond består vanligtvis av en stabil strömkälla för att excitera sensorn, en resistansmätningskrets med hög precision för att detektera förändringen i resistans med temperaturen, och en analog-till-digital-omvandlare (Adc) att omvandla den uppmätta spänningen till en digital signal som kan bearbetas av en mikrokontroller eller datainsamlingssystem; nyckelskillnaden mellan en PT100- och PT1000-krets är skalan av motståndsvärden på grund av att Pt100 har ett nominellt motstånd på 100 ohm vid 0°C medan en Pt1000 har 1000 ohm vid 0°C, kräver ofta justeringar i mätkretsen beroende på önskad noggrannhet och tillämpning.

Artikeln introducerar resistansförändringen av PT100 och PT1000 metall termiska motstånd sensorsonder vid olika temperaturer, samt en mängd olika kretslösningar för temperaturinsamling. Inklusive resistansspänningsdelning, bromätning, konstant strömkälla och AD623, AD620 förvärvskrets. För att motstå störningar, speciellt elektromagnetiska störningar i flygfältet, en luftburen PT1000 temperatursensorupptagningskretsdesign föreslås, inklusive ett T-filter för att filtrera och förbättra mätnoggrannheten.
Sammanfattning genererad av CSDN genom intelligent teknologi

PT100 Temperaturkabelgivare för exakt temperaturmätning i behållare, tankar och rör

Temperaturgivare sond T100 hög temperatur -50～260 kabel

PT100 platina motståndstemperaturgivare för transmitterns yttemperatur

PT100/PT1000 temperaturinsamlingskretslösning
1. Ändringstabell för temperaturmotstånd för PT100 och PT1000 sensorer
Termiska motstånd av metall som nickel, koppar- och platinamotstånd har en positiv korrelation med temperaturförändringen. Platina har de mest stabila fysikaliska och kemiska egenskaperna och är den mest använda. Temperaturmätningsområdet för de vanliga Pt100-sensorsonderna för platinamotstånd är -200～850℃, och temperaturmätningsområdena för Pt500, Pt1000 sensorsonder, etc. successivt reduceras. Pt1000, Temperaturmätningsområdet är -200 ~ 420 ℃. Enligt den internationella standarden IEC751, temperaturegenskaperna för platinamotståndet Pt1000 uppfyller följande krav:

Pt1000 temperaturkarakteristikkurva

Enligt Pt1000 temperaturkarakteristikkurva, lutningen för motståndskarakteristikkurvan ändras något inom det normala driftstemperaturområdet (som visas i figuren 1). Det ungefärliga förhållandet mellan motstånd och temperatur kan erhållas genom linjär anpassning:

PT100 temperaturmotståndsändringstabell 1

2. Vanligt använda anskaffningskretslösningar

2. 1 Motståndsspänningsdelarutgång 0~3,3V/3V analog spänning AD-port med enkel chip direkt insamling
Temperaturmätningskretsens spänningsutgångsområde är 0~3,3V, PT1000 (PT1000 resistansvärde ändras kraftigt, och temperaturmätningskänsligheten är högre än PT100; PT100 är mer lämplig för storskalig temperaturmätning).

Det enklaste sättet är att använda spänningsdelningsmetoden. Spänningen genereras av TL431-spänningsreferenskällan, som är en 4V spänningsreferenskälla. Alternativt, REF3140 kan användas för att generera 4,096V som referenskälla. Referenskällor inkluderar även REF3120, 3125, 3130, 3133, och 3140. Chipet använder ett SOT-32-paket och en 5V inspänning. Utgångsspänningen kan väljas enligt den erforderliga referensspänningen. Naturligtvis, enligt det normala spänningsingångsintervallet för AD-porten på mikrokontrollern, det kan inte överstiga 3V/3.3V.

PT100 enkelchip AD-portkrets direkt förvärv

2.2 Motståndsspänningsdelningsutgång 0~5V analog spänning, och AD-porten på mikrokontrollern samlar in den direkt.
Naturligtvis, vissa kretsar drivs av en 5V mikrokontroller, och den maximala driftströmmen för PT1000 är 0,5mA, så ett lämpligt resistansvärde måste användas för att säkerställa att komponenten fungerar normalt.
Till exempel, 3,3V i spänningsdelningsschemat ovan ersätts med 5V. Fördelen med detta är att 5V-spänningsdelningen är känsligare än 3,3V-spänningen, och insamlingen är mer exakt. Komma ihåg, den teoretiskt beräknade utspänningen får inte överstiga +5V. Annat, mikrokontrollern kommer att skadas.

2.3 Den mest använda bromätningen

Spänningsdelarkretsen på PT100 matar ut 0~5V analog spänning

Använd R11, R12, R13 och Pt1000 för att bilda en mätbrygga, där R11=R13=10k, R12=1000R precisionsmotstånd. När motståndsvärdet för Pt1000 inte är lika med motståndsvärdet för R12, bron kommer att mata ut en mV-nivåspänningsskillnadssignal. Denna spänningsskillnadssignal förstärks av instrumentförstärkarkretsen och matar ut den önskade spänningssignalen, som kan anslutas direkt till AD-konverteringschippet eller AD-porten på mikrokontrollern.

Principen för resistansmätning av denna krets:

1) PT1000 är en termistor, och dess motstånd förändras i princip linjärt med temperaturförändringen.

2) På 0 grader, motståndet för PT1000 är 1kΩ, då är Ub och Ua lika, som är, Uba = Ub – Gör = 0.
3) Förutsatt att vid en viss temperatur, motståndet för PT1000 är 1,5 kΩ, då är inte Ub och Ua lika. Enligt spänningsdelarprincipen, vi kan hitta Uba = Ub – Do > 0.
4) OP07 är en operationsförstärkare, och dess spänningsförstärkningsfaktor A beror på den externa kretsen, där A = R2/R1 = 17.5.
5) Utspänningen Uo för OP07 = Uba * A. Så om vi använder en voltmeter för att mäta utspänningen för OP07, vi kan sluta oss till värdet av Uab. Eftersom Ua är ett känt värde, vi kan vidare beräkna värdet av Ub. Sedan, med spänningsdelarprincipen, vi kan beräkna det specifika resistansvärdet för PT1000. Denna process kan uppnås genom mjukvaruberäkning.
6) Om vi ​​vet resistansvärdet för PT1000 vid vilken temperatur som helst, vi behöver bara slå upp tabellen enligt resistansvärdet för att veta den aktuella temperaturen.

2.4 Konstant strömkälla
På grund av det termiska motståndets självuppvärmningseffekt, det är nödvändigt att säkerställa att strömmen som flyter genom motståndet är så liten som möjligt, och i allmänhet förväntas strömmen vara mindre än 10mA. Det har verifierats att självuppvärmningen av platinamotståndet PT100 av 1 mW kommer att orsaka en temperaturförändring på 0.02 till 0,75 ℃, så att minska strömmen i platinamotståndet PT100 kan också minska dess temperaturförändring. Dock, om strömmen är för liten, den är känslig för störningar, så det tas i allmänhet kl 0.5 till 2 mA, så den konstanta strömkällan väljs som en 1mA konstantströmkälla.

Det valda chippet är källchippet för konstant spänning TL431, och sedan används den nuvarande negativa återkopplingen för att omvandla den till en konstantströmkälla. Kretsen visas i figuren:

Konstant strömkälla för resistor PT100 kretsförvärvsschema

Operationsförstärkaren CA3140 används för att förbättra strömkällans belastningskapacitet, och beräkningsformeln för utströmmen är:
Infoga bildbeskrivning här. Motståndet ska vara en 0.1% precisionsmotstånd. Den slutliga utströmmen är 0,996mA, som är, noggrannheten är 0.4%.
Den konstanta strömkällkretsen bör ha följande egenskaper:
Temperaturstabilitet: Eftersom vår temperaturmätningsmiljö är 0-100 ℃, Utgången från den nuvarande källan bör inte vara känslig för temperaturen. Och TL431 har en extremt låg temperaturkoefficient och låg temperaturdrift.

Bra belastningsreglering: Om den nuvarande krusningen är för stor, Det kommer att orsaka läsfel. Enligt teoretisk analys. Eftersom inspänningen varierar mellan 100-138,5mV, och temperaturmätningsområdet är 0-100 ℃, Temperaturmätningsnoggrannheten är ± 1 grad Celsius, så utgångsspänningen bör ändras med 38,5/100 = 0,385 mV för varje 1 ℃ Ökning av omgivningstemperatur. För att säkerställa att strömfluktuationen inte påverkar noggrannheten, överväga det mest extrema fallet, på 100 grader Celsius, motståndsvärdet för PT100 bör vara 138,5R. Då bör den nuvarande rippeln vara mindre än 0,385/138,5=0,000278mA, som är, ändringen i ström under belastningsändringen bör vara mindre än 0,000278mA. I själva simuleringen, den nuvarande källan förblir i princip oförändrad.

3. AD623 förvärvskretslösning
Principen kan hänvisa till ovanstående bromätningsprincip.
Upptagning av låg temperatur:

AD620 mäter PT100-uppsamlingslösningens höga temperatur (150°)

Upptagning av hög temperatur
Infoga bildbeskrivning här

4. AD620 förvärvskretslösning
AD620 PT100 insamlingslösning för hög temperatur (150°):

AD620 mäter PT100-uppsamlingslösning vid låg temperatur (-40°)

AD620 PT100 insamlingslösning för låg temperatur (-40°):

AD620 mäter PT100-insamlingsschemat vid rumstemperatur (20°)

AD620 PT100 insamlingslösning för rumstemperatur (20°):

PT100 sensor hög temperatur insamling krets

5. Anti-interferensfiltreringsanalys av PT100 och PT1000 sensorer
Temperaturförvärv i något komplex, hårda eller speciella miljöer kommer att bli föremål för stor inblandning, främst inklusive EMI och REI. Till exempel, Vid tillämpningen av motortemperaturförvärv, högfrekventa störningar orsakade av motorstyrning och höghastighetsrotation av motorn.

Det finns också ett stort antal temperaturkontrollscenarier inom flyg- och rymdfordon, som mäter och kontrollerar kraftsystemet och miljökontrollsystemet. Kärnan i temperaturkontrollen är temperaturmätning. Eftersom termistornas motstånd kan förändras linjärt med temperaturen, Att använda platinamotstånd för att mäta temperatur är en effektiv temperaturmätningsmetod med hög precision. De viktigaste problemen är följande:
1. Motståndet på ledtråden introduceras lätt, vilket påverkar mätnoggrannheten hos sensorn;
2. I vissa miljöer med stark elektromagnetisk störning, störningen kan omvandlas till DC-utgångsoffsetfel efter att ha åtgärdats av instrumentförstärkaren, påverkar mätnoggrannheten.

5.1 Flygburen PT1000 anskaffningskrets
Se designen av en luftburen PT1000-insamlingskrets för anti-elektromagnetiska störningar i en viss flygning.

AD623 förvärvskretsschema för PT100-sensor

Ett filter sätts i den yttersta änden av insamlingskretsen. PT1000 förvärvsförbehandlingskrets är lämplig för anti-elektromagnetisk interferensförbehandling av luftburen elektronisk utrustnings gränssnitt; den specifika kretsen är:
+15V inspänningen omvandlas till en +5V högprecisionsspänningskälla genom en spänningsregulator. +5V högprecisionsspänningskällan är direkt ansluten till motståndet R1, och den andra änden av motståndet R1 är uppdelad i två banor. Den ena är ansluten till in-fas ingångsänden av op-förstärkaren, och den andra är ansluten till PT1000-motståndets A-ände genom T-typfiltret S1. Utgången från OP -förstärkaren är ansluten till inverterande ingången för att bilda en spänningsföljare, och inverteringsingången är ansluten till markporten för spänningsregulatorn för att säkerställa att spänningen vid in-fas-ingången alltid är noll. Efter att ha passerat S2 -filtret, I ena änden är ett av PT1000 -motståndet uppdelat i två stigar, ett genom motstånd R4 som differentialspänningsingång D, och en genom motståndet R2 till AGND. Efter att ha passerat genom S3-filtret, den andra änden B av PT1000-motståndet är uppdelad i två banor, ett genom motstånd R5 som differentialspänningsingång E, och en genom motståndet R3 till AGND. D och E är anslutna via kondensator C3, D är ansluten till AGND via kondensator Cl, och E är ansluten till AGND via kondensatorn C2. Det exakta resistansvärdet för PT1000 kan beräknas genom att mäta differentialspänningen över D och E.

+15V inspänningen omvandlas till en +5V högprecisionsspänningskälla genom en spänningsregulator. +5V är direkt ansluten till R1. Den andra änden av R1 är uppdelad i två banor, en ansluten till in-fas-ingången till OP-förstärkaren, och den andra ansluten till A-änden av PT1000-motståndet genom T-typfiltret S1. Utgången från OP -förstärkaren är ansluten till inverterande ingången för att bilda en spänningsföljare, och inverteringsingången är ansluten till markporten för spänningsregulatorn för att säkerställa att spänningen vid inverteringsingången alltid är noll. Just nu, Strömmen som strömmar genom R1 är en konstant 0,5 mA. Spänningsregulatorn använder AD586TQ/883B, och OP AMP använder OP467A.

Efter att ha passerat S2 -filtret, I ena änden är ett av PT1000 -motståndet uppdelat i två stigar, en genom motståndet R4 som differentiell spänningsingång, och en genom motståndet R2 till AGND. Efter att ha passerat genom S3-filtret, den andra änden B av PT1000-motståndet är uppdelad i två banor, en genom motståndet R5 som differentiell spänningsingång, och en genom motståndet R3 till AGND. D och E är anslutna via kondensator C3, D är ansluten till AGND via kondensator Cl, och E är ansluten till AGND via kondensatorn C2.
Motståndet för R4 och R5 är 4,02K ohm, Motståndet för R1 och R2 är 1 m ohm, Kapacitansen för C1 och C2 är 1000pf, och kapacitansen för C3 är 0,047uf. R4, R5, C1, C2, och C3 bildar tillsammans ett RFI -filternätverk. RFI-filtret slutför lågpassfiltreringen av insignalen, och de bortfiltrerade objekten inkluderar differentialmodsinterferensen och common mode-interferensen som bärs i den ingående differentialsignalen. Beräkningen av avgränsningsfrekvensen –3DB för den vanliga läge -interferensen och differentiellt läge som bärs i insignalen visas i formeln:

Flygburen PT1000 anskaffningskrets

Ersätta motståndsvärdet i beräkningen, Common Mode Cutoff -frekvensen är 40 kHz, och avgränsningsfrekvensen för differentialläge är 2,6 kHz.
Slutpunkt B är ansluten till AGND genom S4 -filtret. Bland dem, Filter markterminaler från S1 till S4 är alla anslutna till flygplanets skärmplan. Eftersom strömmen flyter genom PT1000 är en känd 0,05 mA, det exakta resistansvärdet för PT1000 kan beräknas genom att mäta differentialspänningen i båda ändarna av D och E.
S1 till S4 använder filter av T-typ, modell GTL2012X-103T801, med en gränsfrekvens på M±20 %. Denna krets introducerar lågpassfilter till de externa gränssnittslinjerna och utför RFI-filtrering på differentialspänningen. Som en förbehandlingskrets för PT1000, det eliminerar effektivt elektromagnetiska störningar och RFI-strålningsstörningar, vilket avsevärt förbättrar tillförlitligheten hos de insamlade värdena. Dessutom, spänningen mäts direkt från båda ändarna av PT1000-motståndet, eliminera felet som orsakas av ledningsresistansen och förbättra noggrannheten hos resistansvärdet.

3-tråd Klass B hög industriell temperaturkontroll PT100 platina termisk resistor temperatursensor

K-E typ kompressionsfjäder termoelement, pt100 temperatursensorsond

PT100 temperatursensor med hög precision för transformatortemperaturmätning

5.2 T-typ filter
Infoga bildbeskrivning här
T-filtret består av två induktorer och kondensatorer. Båda ändarna av den har hög impedans, och dess insättningsförlustprestanda liknar den för filtret av π-typ, men det är inte benäget att “ringande” och kan användas i omkopplingskretsar.