Resistors and Circuits of PT100 and PT1000 Metal Thermal Resistor Sensor Probes

A temperature acquisition circuit for a PT100 or PT1000 sensor probe typically consists of a stable current source to excite the sensor, a high-precision resistance measurement circuit to detect the change in resistance with temperature, and an analog-to-digital converter (ADC) to convert the measured voltage into a digital signal that can be processed by a microcontroller or data acquisition system; the key difference between a PT100 and PT1000 circuit is the scale of resistance values due to the Pt100 having a nominal resistance of 100 ohms at 0°C while a Pt1000 has 1000 0°C వద్ద ఓం, often requiring adjustments in the measurement circuit depending on the desired accuracy and application.

The article introduces the resistance change of PT100 and PT1000 metal thermal resistor sensor probes at different temperatures, as well as a variety of temperature acquisition circuit solutions. Including resistance voltage division, bridge measurement, constant current source and AD623, AD620 acquisition circuit. In order to resist interference, especially electromagnetic interference in the aerospace field, an airborne PT1000 temperature sensor acquisition circuit design is proposed, including a T-type filter for filtering and improving measurement accuracy.
Abstract generated by CSDN through intelligent technology

PT100 Temperature cable sensor for Precise temperature measurement in containers, ట్యాంకులు మరియు పైపులు

Temperature sensor probe T100 high temperature -50～260 cable

PT100 platinum resistance temperature sensor for transmitter surface temperature

PT100/PT1000 ఉష్ణోగ్రత సముపార్జన సర్క్యూట్ పరిష్కారం
1. Temperature resistance change table of PT100 and PT1000 sensors
నికెల్ వంటి మెటల్ థర్మల్ రెసిస్టర్లు, copper and platinum resistors have a positive correlation with the change of temperature. ప్లాటినం అత్యంత స్థిరమైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. The temperature measurement range of the commonly used platinum resistance Pt100 sensor probes is -200～850℃, and the temperature measurement ranges of Pt500, Pt1000 sensor probes, మొదలైనవి. వరుసగా తగ్గుతాయి. Pt1000, temperature measurement range is -200～420℃. IEC751 అంతర్జాతీయ ప్రమాణం ప్రకారం, ప్లాటినం రెసిస్టర్ Pt1000 యొక్క ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు క్రింది అవసరాలను తీరుస్తాయి:

Pt1000 ఉష్ణోగ్రత లక్షణ వక్రత

Pt1000 ఉష్ణోగ్రత లక్షణ వక్రరేఖ ప్రకారం, the slope of the resistance characteristic curve changes slightly within the normal operating temperature range (చిత్రంలో చూపిన విధంగా 1). The approximate relationship between resistance and temperature can be obtained through linear fitting:

PT100 ఉష్ణోగ్రత నిరోధక మార్పు పట్టిక 1

2. సాధారణంగా ఉపయోగించే సముపార్జన సర్క్యూట్ పరిష్కారాలు

2. 1 Resistor voltage divider output 0~3.3V/3V analog voltage single chip AD port direct acquisition
ఉష్ణోగ్రత కొలత సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ అవుట్‌పుట్ పరిధి 0~3.3V, PT1000 (PT1000 నిరోధక విలువ బాగా మారుతుంది, and the temperature measurement sensitivity is higher than PT100; PT100 పెద్ద-స్థాయి ఉష్ణోగ్రత కొలతకు మరింత అనుకూలంగా ఉంటుంది).

వోల్టేజ్ డివిజన్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం సరళమైన మార్గం. The voltage is generated by the TL431 voltage reference source chip, which is a 4V voltage reference source. ప్రత్యామ్నాయంగా, REF3140 can be used to generate 4.096V as a reference source. Reference source chips also include REF3120, 3125, 3130, 3133, మరియు 3140. The chip uses a SOT-32 package and a 5V input voltage. అవసరమైన సూచన వోల్టేజ్ ప్రకారం అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఎంచుకోవచ్చు. అయితే, according to the normal voltage input range of the AD port of the microcontroller, ఇది 3V/3.3Vని మించకూడదు.

PT100 single chip AD port circuit direct acquisition

2.2 Resistor voltage division output 0~5V analog voltage, and the AD port of the microcontroller directly collects it.
అయితే, some circuits are powered by a 5V microcontroller, and the maximum operating current of the PT1000 is 0.5mA, so an appropriate resistance value must be used to ensure the normal operation of the component.
ఉదాహరణకు, the 3.3V in the voltage division schematic diagram above is replaced by 5V. The advantage of this is that the 5V voltage division is more sensitive than the 3.3V voltage, and the collection is more accurate. గుర్తుంచుకోండి, సిద్ధాంతపరంగా లెక్కించబడిన అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ +5Vని మించకూడదు. లేకపోతే, the microcontroller will be damaged.

2.3 అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే వంతెన కొలత

The voltage divider circuit of PT100 outputs 0~5V analog voltage

Use R11, R12, R13 and Pt1000 to form a measurement bridge, ఇక్కడ R11=R13=10k, R12=1000R precision resistor. Pt1000 యొక్క ప్రతిఘటన విలువ R12 యొక్క ప్రతిఘటన విలువకు సమానంగా లేనప్పుడు, the bridge will output a mV level voltage difference signal. ఈ వోల్టేజ్ తేడా సిగ్నల్ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ ద్వారా విస్తరించబడుతుంది మరియు కావలసిన వోల్టేజ్ సిగ్నల్‌ను అవుట్‌పుట్ చేస్తుంది, which can be directly connected to the AD conversion chip or the AD port of the microcontroller.

ఈ సర్క్యూట్ యొక్క నిరోధక కొలత సూత్రం:

1) PT1000 ఒక థర్మిస్టర్, and its resistance changes basically linearly with the change of temperature.

2) వద్ద 0 డిగ్రీలు, PT1000 యొక్క ప్రతిఘటన 1kΩ, అప్పుడు Ub మరియు Ua సమానంగా ఉంటాయి, అంటే, ఉబ = ఉబ – చేయండి = 0.
3) ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద అని ఊహిస్తూ, PT1000 యొక్క ప్రతిఘటన 1.5kΩ, అప్పుడు Ub మరియు Ua సమానంగా ఉండవు. According to the voltage divider principle, we can find Uba = Ub – చేయండి > 0.
4) OP07 ఒక కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్, and its voltage amplification factor A depends on the external circuit, ఇక్కడ A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07 = Uba యొక్క అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ Uo * ఎ. కాబట్టి మనం OP07 యొక్క అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్‌ని కొలవడానికి వోల్టమీటర్‌ని ఉపయోగిస్తే, మేము Uab విలువను ఊహించవచ్చు. Ua అనేది తెలిసిన విలువ కాబట్టి, మేము Ub విలువను మరింత లెక్కించవచ్చు. అప్పుడు, using the voltage divider principle, మేము PT1000 యొక్క నిర్దిష్ట ప్రతిఘటన విలువను లెక్కించవచ్చు. సాఫ్ట్‌వేర్ గణన ద్వారా ఈ ప్రక్రియను సాధించవచ్చు.
6) ఏదైనా ఉష్ణోగ్రత వద్ద PT1000 యొక్క ప్రతిఘటన విలువ మనకు తెలిస్తే, we only need to look up the table according to the resistance value to know the current temperature.

2.4 స్థిరమైన ప్రస్తుత మూలం
థర్మల్ రెసిస్టర్ యొక్క స్వీయ-తాపన ప్రభావం కారణంగా, it is necessary to ensure that the current flowing through the resistor is as small as possible, and generally the current is expected to be less than 10mA. ఇది ప్లాటినం రెసిస్టర్ PT100 యొక్క స్వీయ-తాపన అని ధృవీకరించబడింది 1 mW will cause a temperature change of 0.02 to 0.75℃, so reducing the current of the platinum resistor PT100 can also reduce its temperature change. అయితే, కరెంట్ చాలా తక్కువగా ఉంటే, ఇది శబ్దం అంతరాయానికి లోనవుతుంది, so it is generally taken at 0.5 కు 2 mA, కాబట్టి స్థిరమైన కరెంట్ సోర్స్ కరెంట్ 1mA స్థిరమైన కరెంట్ సోర్స్‌గా ఎంపిక చేయబడుతుంది.

The chip selected is the constant voltage source chip TL431, and then the current negative feedback is used to convert it into a constant current source. సర్క్యూట్ చిత్రంలో చూపబడింది:

Constant current source of resistor PT100 circuit acquisition scheme

The operational amplifier CA3140 is used to improve the load capacity of the current source, మరియు అవుట్‌పుట్ కరెంట్ కోసం గణన సూత్రం:
Insert picture description here The resistor should be a 0.1% ఖచ్చితమైన నిరోధకం. చివరి అవుట్‌పుట్ కరెంట్ 0.996mA, అంటే, ఖచ్చితత్వం ఉంది 0.4%.
స్థిరమైన ప్రస్తుత మూలం సర్క్యూట్ క్రింది లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి:
ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం: మా ఉష్ణోగ్రత కొలత వాతావరణం 0-100℃ కాబట్టి, ప్రస్తుత మూలం యొక్క అవుట్‌పుట్ ఉష్ణోగ్రతకు సున్నితంగా ఉండకూడదు. And TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

మంచి లోడ్ నియంత్రణ: ప్రస్తుత అలలు చాలా పెద్దగా ఉంటే, అది రీడింగ్ లోపాలను కలిగిస్తుంది. సైద్ధాంతిక విశ్లేషణ ప్రకారం. Since the input voltage varies between 100-138.5mV, మరియు ఉష్ణోగ్రత కొలత పరిధి 0-100℃, ఉష్ణోగ్రత కొలత ఖచ్చితత్వం ±1 డిగ్రీ సెల్సియస్, కాబట్టి పరిసర ఉష్ణోగ్రతలో ప్రతి 1℃ పెరుగుదలకు అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ 38.5/100=0.385mV మారాలి. ప్రస్తుత హెచ్చుతగ్గులు ఖచ్చితత్వాన్ని ప్రభావితం చేయకుండా ఉండేలా చేయడానికి, అత్యంత తీవ్రమైన కేసును పరిగణించండి, వద్ద 100 డిగ్రీల సెల్సియస్, PT100 యొక్క ప్రతిఘటన విలువ 138.5R ఉండాలి. అప్పుడు ప్రస్తుత అలల 0.385/138.5=0.000278mA కంటే తక్కువగా ఉండాలి., అంటే, the change in current during the load change should be less than 0.000278mA. వాస్తవ అనుకరణలో, ప్రస్తుత మూలం ప్రాథమికంగా మారదు.

3. AD623 అక్విజిషన్ సర్క్యూట్ సొల్యూషన్
సూత్రం పై వంతెన కొలత సూత్రాన్ని సూచించవచ్చు.
తక్కువ ఉష్ణోగ్రత సముపార్జన:

AD620 measures PT100 acquisition solution high temperature (150°)

అధిక ఉష్ణోగ్రత సముపార్జన
Insert picture description here

4. AD620 అక్విజిషన్ సర్క్యూట్ సొల్యూషన్
AD620 PT100 acquisition solution for high temperature (150°):

AD620 measures PT100 acquisition solution at low temperature (-40°)

AD620 PT100 acquisition solution for low temperature (-40°):

AD620 measures PT100 acquisition scheme at room temperature (20°)

AD620 PT100 acquisition solution for room temperature (20°):

PT100 sensor high temperature acquisition circuit

5. Anti-interference filtering analysis of PT100 and PT1000 sensors
కొన్ని కాంప్లెక్స్‌లో ఉష్ణోగ్రత సముపార్జన, కఠినమైన లేదా ప్రత్యేక వాతావరణాలు గొప్ప జోక్యానికి లోబడి ఉంటాయి, ప్రధానంగా EMI మరియు REIతో సహా. ఉదాహరణకు, మోటార్ ఉష్ణోగ్రత సముపార్జన యొక్క అప్లికేషన్ లో, high-frequency disturbances caused by motor control and high-speed rotation of the motor.

విమానయానం మరియు ఏరోస్పేస్ వాహనాల్లో ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ దృశ్యాలు కూడా పెద్ద సంఖ్యలో ఉన్నాయి, విద్యుత్ వ్యవస్థ మరియు పర్యావరణ నియంత్రణ వ్యవస్థను కొలిచే మరియు నియంత్రిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ యొక్క ప్రధాన అంశం ఉష్ణోగ్రత కొలత. థర్మిస్టర్ యొక్క నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతతో సరళంగా మారవచ్చు కాబట్టి, ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ప్లాటినం నిరోధకతను ఉపయోగించడం అనేది సమర్థవంతమైన అధిక-ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత కొలత పద్ధతి. ప్రధాన సమస్యలు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:
1. ప్రధాన వైర్పై నిరోధకత సులభంగా పరిచయం చేయబడింది, అందువలన సెన్సార్ యొక్క కొలత ఖచ్చితత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది;
2. In certain strong electromagnetic interference environments, the interference may be converted into DC output offset error after being rectified by the instrument amplifier, కొలత ఖచ్చితత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది.

5.1 ఏరోస్పేస్ ఎయిర్‌బోర్న్ PT1000 అక్విజిషన్ సర్క్యూట్
నిర్దిష్ట విమానయానంలో విద్యుదయస్కాంత వ్యతిరేక జోక్యం కోసం గాలిలో PT1000 అక్విజిషన్ సర్క్యూట్ రూపకల్పనను చూడండి.

AD623 acquisition circuit scheme for PT100 sensor

అక్విజిషన్ సర్క్యూట్ యొక్క బయటి చివరలో ఫిల్టర్ సెట్ చేయబడింది. The PT1000 acquisition preprocessing circuit is suitable for anti-electromagnetic interference preprocessing of airborne electronic equipment interfaces; the specific circuit is:
+15V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ ద్వారా +5V హై-ప్రెసిషన్ వోల్టేజ్ సోర్స్‌గా మార్చబడుతుంది. The +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1, and the other end of the resistor R1 is divided into two paths. One is connected to the in-phase input end of the op amp, and the other is connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. op amp యొక్క అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ ఫాలోవర్‌ను రూపొందించడానికి ఇన్వర్టింగ్ ఇన్‌పుట్‌కి కనెక్ట్ చేయబడింది, మరియు ఇన్-ఫేజ్ ఇన్‌పుట్ వద్ద వోల్టేజ్ ఎల్లప్పుడూ సున్నాగా ఉండేలా ఇన్వర్టింగ్ ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ యొక్క గ్రౌండ్ పోర్ట్‌కు కనెక్ట్ చేయబడింది. S2 ఫిల్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, PT1000 రెసిస్టర్ యొక్క ఒక చివర A రెండు మార్గాలుగా విభజించబడింది, one through resistor R4 as the differential voltage input D, మరియు ఒకటి రెసిస్టర్ R2 ద్వారా AGNDకి. S3 ఫిల్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, PT1000 రెసిస్టర్ యొక్క ఇతర ముగింపు B రెండు మార్గాలుగా విభజించబడింది, one through resistor R5 as the differential voltage input E, మరియు ఒకటి రెసిస్టర్ R3 ద్వారా AGNDకి. D మరియు E కెపాసిటర్ C3 ద్వారా కనెక్ట్ చేయబడ్డాయి, D కెపాసిటర్ C1 ద్వారా AGNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది, మరియు E కెపాసిటర్ C2 ద్వారా AGNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది. The precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage across D and E.

+15V ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ ద్వారా +5V హై-ప్రెసిషన్ వోల్టేజ్ సోర్స్‌గా మార్చబడుతుంది. +5V నేరుగా R1కి కనెక్ట్ చేయబడింది. R1 యొక్క ఇతర ముగింపు రెండు మార్గాలుగా విభజించబడింది, ఒకటి op amp యొక్క ఇన్-ఫేజ్ ఇన్‌పుట్‌కి కనెక్ట్ చేయబడింది, and the other connected to the A end of the PT1000 resistor through the T-type filter S1. op amp యొక్క అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ ఫాలోవర్‌ను రూపొందించడానికి ఇన్వర్టింగ్ ఇన్‌పుట్‌కి కనెక్ట్ చేయబడింది, మరియు ఇన్వర్టింగ్ ఇన్‌పుట్ వద్ద వోల్టేజ్ ఎల్లప్పుడూ సున్నాగా ఉండేలా వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ యొక్క గ్రౌండ్ పోర్ట్‌కు ఇన్‌వర్టింగ్ ఇన్‌పుట్ కనెక్ట్ చేయబడింది. ఈ సమయంలో, R1 ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు స్థిరమైన 0.5mA. వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్ AD586TQ/883Bని ఉపయోగిస్తుంది, మరియు op amp OP467Aని ఉపయోగిస్తుంది.

S2 ఫిల్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, PT1000 రెసిస్టర్ యొక్క ఒక చివర A రెండు మార్గాలుగా విభజించబడింది, అవకలన వోల్టేజ్ ఇన్‌పుట్ ముగింపు D వలె రెసిస్టర్ R4 ద్వారా ఒకటి, మరియు ఒకటి రెసిస్టర్ R2 ద్వారా AGNDకి. S3 ఫిల్టర్ గుండా వెళ్ళిన తర్వాత, PT1000 రెసిస్టర్ యొక్క ఇతర ముగింపు B రెండు మార్గాలుగా విభజించబడింది, అవకలన వోల్టేజ్ ఇన్‌పుట్ ముగింపు E వలె రెసిస్టర్ R5 ద్వారా ఒకటి, మరియు ఒకటి రెసిస్టర్ R3 ద్వారా AGNDకి. D మరియు E కెపాసిటర్ C3 ద్వారా కనెక్ట్ చేయబడ్డాయి, D కెపాసిటర్ C1 ద్వారా AGNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది, మరియు E కెపాసిటర్ C2 ద్వారా AGNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది.
R4 మరియు R5 యొక్క నిరోధం 4.02k ఓంలు, R1 మరియు R2 యొక్క ప్రతిఘటన 1M ​​ohms, C1 మరియు C2 కెపాసిటెన్స్ 1000pF, మరియు C3 యొక్క కెపాసిటెన్స్ 0.047uF. R4, R5, C1, C2, మరియు C3 కలిసి RFI ఫిల్టర్ నెట్‌వర్క్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. The RFI filter completes the low-pass filtering of the input signal, and the objects filtered out include the differential mode interference and common mode interference carried in the input differential signal. ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌లో నిర్వహించబడే సాధారణ మోడ్ జోక్యం మరియు అవకలన మోడ్ జోక్యం యొక్క ‑3dB కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క గణన సూత్రంలో చూపబడింది:

ఏరోస్పేస్ ఎయిర్‌బోర్న్ PT1000 అక్విజిషన్ సర్క్యూట్

గణనలో ప్రతిఘటన విలువను ప్రత్యామ్నాయం చేయడం, సాధారణ మోడ్ కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 40kHZ, మరియు అవకలన మోడ్ కటాఫ్ ఫ్రీక్వెన్సీ 2.6KHZ.
ఎండ్ పాయింట్ B S4 ఫిల్టర్ ద్వారా AGNDకి కనెక్ట్ చేయబడింది. వాటిలో, S1 నుండి S4 వరకు ఉన్న ఫిల్టర్ గ్రౌండ్ టెర్మినల్స్ అన్నీ ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్ షీల్డింగ్ గ్రౌండ్‌కు కనెక్ట్ చేయబడ్డాయి. PT1000 ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్ తెలిసిన 0.05mA కాబట్టి, PT1000 యొక్క ఖచ్చితమైన ప్రతిఘటన విలువను D మరియు E యొక్క రెండు చివర్లలోని అవకలన వోల్టేజీని కొలవడం ద్వారా లెక్కించవచ్చు.
S1 నుండి S4 వరకు T-రకం ఫిల్టర్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, మోడల్ GTL2012X-103T801, with a cutoff frequency of M±20%. ఈ సర్క్యూట్ బాహ్య ఇంటర్‌ఫేస్ లైన్‌లకు తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్‌లను పరిచయం చేస్తుంది మరియు అవకలన వోల్టేజ్‌పై RFI ఫిల్టరింగ్‌ను నిర్వహిస్తుంది. PT1000 కోసం ప్రీప్రాసెసింగ్ సర్క్యూట్‌గా, ఇది విద్యుదయస్కాంత మరియు RFI రేడియేషన్ జోక్యాన్ని సమర్థవంతంగా తొలగిస్తుంది, ఇది సేకరించిన విలువల విశ్వసనీయతను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. అదనంగా, వోల్టేజ్ PT1000 రెసిస్టర్ యొక్క రెండు చివరల నుండి నేరుగా కొలుస్తారు, ప్రధాన నిరోధకత వలన ఏర్పడిన లోపాన్ని తొలగించడం మరియు ప్రతిఘటన విలువ యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని మెరుగుపరచడం.

3-wire Class B high industrial temperature control PT100 platinum thermal resistor temperature sensor

K-E type compression spring thermocouple, pt100 temperature sensor probe

High precision PT100 temperature sensor for transformer temperature measurement

5.2 T-రకం ఫిల్టర్
Insert picture description here
T-రకం వడపోత రెండు ఇండక్టర్లు మరియు కెపాసిటర్లను కలిగి ఉంటుంది. దాని రెండు చివరలు అధిక ఇంపెడెన్స్ కలిగి ఉంటాయి, మరియు దాని ఇన్సర్షన్ లాస్ పనితీరు π-టైప్ ఫిల్టర్ మాదిరిగానే ఉంటుంది, కాని దానికి అవకాశం లేదు “మోగుతోంది” మరియు స్విచింగ్ సర్క్యూట్లలో ఉపయోగించవచ్చు.