3-โซลูชันการวัดสายไฟสำหรับ PT100 (RTD) เซนเซอร์

การจำลอง LTSpice ของรูปแบบการวัดแบบ 3 สายสำหรับ PT100 (RTD) เซ็นเซอร์: Pt100 เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวต้านทานความร้อน, ชื่อเต็มคือตัวต้านทานแพลตตินัม 100 โอห์ม. มันทำจากแพลตตินัมบริสุทธิ์, และค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงในสัดส่วนที่แน่นอนเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง.

พีที100, ชื่อเต็มของตัวต้านทานความร้อนแพลตตินัม, เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบต้านทานที่ทำจากแพลตตินัม (พ.ต), และค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ. ที่ 100 หลังจาก PT หมายความว่าค่าความต้านทานเป็น 100 โอห์มที่ 0 ℃, และค่าความต้านทานก็ประมาณนี้ 138.5 โอห์มที่ 100 ℃. มีลักษณะเฉพาะที่มีความแม่นยำสูง, เสถียรภาพที่ดี, ความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงที่แข็งแกร่ง, และความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก็คือ: ร=ร0(1+เอที), โดยที่ α = 0.00392, Ro คือ 100Ω (ค่าความต้านทานที่ 0 ℃), และ T คืออุณหภูมิเซลเซียส.

ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT100 ที่สอดคล้องกัน

2. นำเข้าตัวต้านทาน pt100
เนื่องจากไม่มี pt100 ในไลบรารีส่วนประกอบ LTspice, เราจำเป็นต้องนำเข้า pt100 ด้วยตนเอง. เนื่องจากไม่พบไฟล์เครื่องเทศของ pt100, เรานำเข้าตัวต้านทานแบบเลื่อนที่นี่เพื่อทดแทน. เพื่อนำเข้าตัวต้านทานแบบเลื่อน, คุณต้องเพิ่มสามไฟล์ต่อไปนี้ในไดเร็กทอรีการติดตั้ง LTspice. คัดลอกไฟล์ทั้งสาม (asc, อาซี่และลิบ) แยกกัน, สร้างไฟล์ให้แต่ละคน, และในที่สุดก็วางไว้ในตำแหน่งที่สอดคล้องกันของการติดตั้ง LTSpice. ใส่ asc ร่วมกับแผนงานอื่นๆ, ใส่ asy ใน sym ใต้ lib, และใส่ lib ไว้ใต้ lib. หลังจากเพิ่ม, คุณสามารถดูโพเทนชิออมิเตอร์ในส่วนประกอบใน LTSpice. โพเทนชิออมิเตอร์นี้เป็นตัวต้านทานแบบเลื่อนที่จำเป็น.

potentiometer_test.asc

เวอร์ชัน 4
แผ่น 1 880 680
ลวด 272 48 0 48
ลวด 528 48 272 48
ลวด 272 80 272 48
ลวด 528 80 528 48
ลวด 0 96 0 48
ลวด 0 192 0 176
ลวด 272 208 272 176
ลวด 528 208 528 176
ธง 272 208 0
ธง 0 192 0
ธง 320 128 ออก1
ธง 528 208 0
ธง 576 128 ออก2
สัญลักษณ์แรงดันไฟฟ้า 0 80 R0
SYMATTR ชื่อสถาบัน V1
ค่า SYMATTR 10
สัญลักษณ์โพเทนชิออมิเตอร์ 272 176 M0
SYMATTR ชื่อสถาบัน U1
ที่ปัดน้ำฝน SYMATTR SpiceLine2=0.2
สัญลักษณ์โพเทนชิออมิเตอร์ 528 176 M0
SYMATTR ชื่อสถาบัน U2
SYMATTR สไปซ์ไลน์ R=1
ที่ปัดน้ำฝน SYMATTR SpiceLine2=0.8
ข้อความ 140 228 ซ้าย 2 !.ปฏิบัติการ

โพเทนชิออมิเตอร์.asy

เวอร์ชัน 4
สัญลักษณ์ประเภท BLOCK
ไลน์ ปกติ 16 -31 -15 -16
ไลน์ ปกติ -16 -48 16 -31
ไลน์ ปกติ 16 -64 -16 -48
ไลน์ ปกติ 1 -9 -15 -16
ไลน์ ปกติ 1 0 1 -9
ไลน์ ปกติ 1 -94 1 -87
ไลน์ ปกติ -24 -56 -16 -48
ไลน์ ปกติ -24 -40 -15 -48
ไลน์ ปกติ -47 -48 -15 -48
ไลน์ ปกติ -16 -80 16 -64
ไลน์ ปกติ 1 -87 -16 -80
หน้าต่าง 0 30 -90 ซ้าย 2
หน้าต่าง 39 30 -50 ซ้าย 2
หน้าต่าง 40 31 -23 ซ้าย 2
SYMATTR คำนำหน้า X
SYMATTR ModelFile โพเทนชิออมิเตอร์.lib
SYMATTR สไปซ์ไลน์ R=1k
ที่ปัดน้ำฝน SYMATTR SpiceLine2=0.5
โพเทนชิโอมิเตอร์ SYMATTR Value2
เข็มหมุด 0 -96 ไม่มี 8
PINATTR PinName 1
PINATTR SpiceOrder 1
เข็มหมุด 0 0 ไม่มี 8
PINATTR PinName 2
PINATTR SpiceOrder 2
เข็มหมุด -48 -48 ไม่มี 8
PINATTR PinName 3
PINATTR SpiceOrder 3

โพเทนชิออมิเตอร์.lib

* นี่คือโพเทนชิออมิเตอร์
* _____
* 1–|_____|–2
* |
* 3
*
.โพเทนชิออมิเตอร์ SUBCKT 1 2 3
.พารามิเตอร์ w=ขีดจำกัด(ที่ปัดน้ำฝน,1ม,.999)
R0 1 3 {ร*(1-ว)}
R1 3 2 {ร*(ว)}
.สิ้นสุด

3. สะพานวีทสโตนเพื่อวัดความต้านทาน PT100

การเชื่อมต่อสะพานวีทสโตนและแบบจำลอง LTspice

สะพานแขนเดียวหรือวงจรวีทสโตน

การเชื่อมต่อสะพานวีทสโตนและแบบจำลอง LTspice:
เมื่อสะพานมีความสมดุล, ค่าการวัดมิเตอร์แรงดันไฟฟ้าเท่ากับ?%5Cบิ๊กสามเหลี่ยมอัพU=0

I1*Rt=I2*R2

I1*R3=I2*R4

จากนี้, ก็สามารถสรุปได้ว่า: RT/R3=R2/R4

นั่นคือ: Rt*R4=R2*R3

ผลการวัดความต้านทานในลักษณะนี้ไม่เกี่ยวข้องกับความแม่นยำของมิเตอร์แรงดันไฟฟ้า, ความแม่นยำของความต้านทาน, และแรงเคลื่อนไฟฟ้า. หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงแหล่งจ่ายไฟเมื่อเวลาผ่านไป, และหลีกเลี่ยงปัญหาการแบ่งแรงดันแอมป์มิเตอร์, การแบ่งมิเตอร์แรงดันไฟฟ้า, และการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของสายไฟมากเกินไป.

วิธีการวัดแบบต่างๆ ของ PT100:

วิธีการชั้นนำหลายประการของตัวต้านทานความร้อน P

เมื่อจุดอุณหภูมิที่จะวัดหน้างานอยู่ห่างจากเครื่องมือ, จำเป็นต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานความร้อนกับลวดตะกั่ว. ความต้านทานของตะกั่วคือ r. ระบบสองสายไม่สามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่เกิดจากความต้านทานของสายไฟในระหว่างการคำนวณได้, และค่าความต้านทานจริงที่วัดได้จะน้อยลง.

ความต้านทานของตัวต้านทานความร้อนบวกกับลวดตะกั่วคือ r

เพื่อชดเชยข้อผิดพลาด, มีการแนะนำการเชื่อมต่อแบบสี่สาย. เมื่อ Rt เพิ่มขึ้น 2r, R2 ก็เพิ่มขึ้น 2r ด้วย. ไม่ว่าสายไฟจะยาวแค่ไหนก็ตาม, สะพานสามารถสมดุลได้. ต้องดึงสายไฟสี่เส้น. เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่จุด p และ q เท่ากัน, สามารถเทียบเท่ากับจุดเดียวได้, ซึ่งเป็นวิธีต่อแบบสามสาย, นั่นคือ, วิธีการเชื่อมต่อแบบสามสายจำลองในการทดลองนี้. ในทางปฏิบัติ, ส่วนใหญ่จะใช้สามสายเช่นกัน, โดยคำนึงถึงทั้งความประหยัดและความแม่นยำ.

4. การจำลอง LTSpice การวัดแบบสามสาย

3-การวัดลวด, และต่อวงจรออปแอมป์ที่เอาท์พุต

การทดลองนี้ใช้การวัดแบบสามสาย, และเชื่อมต่อวงจร op amp เข้ากับส่วนเอาท์พุตเพื่อขยายสัญญาณเอาท์พุตเพื่อให้วัดได้ง่าย.
อูโอ= (V1-V2)*(อาร์17/อาร์15)=20*(V1-V2)

นั่นคือ, V1=(ยูโอ+20*V2)/20

ตามการแบ่งแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทาน:

V1 = กับ*(รต/(R2+อาร์ที))

V2 = กับ*(R10/(R9+R10))

แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของการจำลองนี้คือ 3V. หลังจากการคำนวณ, วี2γ108.434mV
V1=(ยูโอ+2168.68)/20
V1=อาร์ที/(R7+รปท) *3000
ดังนั้น: RT=2000V1/(3000-V1)
Rt คือค่าความต้านทานที่สอดคล้องกันของ PT100. สามารถรับค่าอุณหภูมิที่สอดคล้องกันได้โดยการค้นหาตาราง.
ตั้งค่าความต้านทานของลิโน่สไลเดอร์ (รต) ถึง 130.6 โอห์มสำหรับอุณหภูมิของ 78 องศาเซลเซียส, อ่าน V1, V2, และ Uo เพื่อคำนวณ Rt.

Rt คือค่าความต้านทานที่สอดคล้องกันของ PT100, ค่าอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน

V1 มีค่าประมาณ 182.82mV, V2 มีค่าประมาณ 118.46mV, และ U0 อยู่ที่ประมาณ 1.39V. Rpt ที่คำนวณได้คือประมาณ 129.78V. ตารางแสดงอุณหภูมิที่อ่านได้ 76 องศาเซลเซียส, ซึ่งใกล้แล้ว.

ตั้งค่าความต้านทานของลิโน่สไลเดอร์ (รต) ถึง 200.05 โอห์มสำหรับอุณหภูมิของ 266.5 องศาเซลเซียส, อ่าน V1, V2, และ Uo เพื่อคำนวณ Rt.

V1 มีค่าประมาณ 270.45mV, V2 มีค่าประมาณ 118.46mV, และ U0 มีค่าประมาณ 3.0257V. Rpt ที่คำนวณได้คือประมาณ 198.16V, และค่าความผิดพลาดอยู่ที่ประมาณ 1%. ตารางแสดงอุณหภูมิที่อ่านได้ 261.3 องศาเซลเซียส, โดยมีข้อผิดพลาดประมาณ 1%.

หลักการวัดอุณหภูมิของ PT100 แบบสามสายนั้นยึดตามวิธีบริดจ์เป็นหลัก. วงจรการวัดมักจะเป็นบริดจ์ที่ไม่สมดุล, และ PT100 ใช้เป็นตัวต้านทานแบบแขนสะพานของสะพาน. เมื่อกระแสไหลผ่าน PT100, การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาต์พุตของบริดจ์. โดยการวัดแรงดันไฟขาออกนี้, สามารถคำนวณค่าความต้านทานของ PT100 ได้, จากนั้นจึงสามารถรับอุณหภูมิที่วัดได้.
เพื่อขจัดอิทธิพลของการต้านทานสารตะกั่ว, PT100 แบบสามสายมีการออกแบบพิเศษ, เชื่อมต่อสายหนึ่งเข้ากับปลายแหล่งจ่ายไฟของสะพาน, และอีกสองสายต่อเข้ากับแขนสะพานที่ PT100 ตั้งอยู่และแขนสะพานที่อยู่ติดกัน. ทางนี้, แขนสะพานทั้งสองข้างแนะนำความต้านทานตะกั่วที่มีค่าความต้านทานเท่ากัน, เพื่อให้สะพานมีสภาพสมดุล. ดังนั้น, การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของตะกั่วไม่มีผลกระทบต่อผลการวัด. อย่างไรก็ตาม, ยังคงมีอิทธิพลเช่นอุปกรณ์ในการวัดจริง. ค่าความต้านทานที่วัดได้ไม่ถูกต้อง. เพื่อขจัดข้อผิดพลาดนี้, สามารถเพิ่มการชดเชยบางส่วนได้เมื่ออ่าน.