โซลูชันวงจรการซื้ออุณหภูมิ PT100/PT1000

1. ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT100 และ PT1000
ตัวต้านทานความร้อนที่เป็นโลหะ เช่น นิกเกิล, ตัวต้านทานทองแดงและแพลตตินัมมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมิ. แพลตตินัมมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียรที่สุดและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด. ช่วงการวัดอุณหภูมิของตัวต้านทานแพลทินัม Pt100 ที่ใช้กันทั่วไปคือ -200~850 ℃. นอกจากนี้, ช่วงการวัดอุณหภูมิ Pt500, พอต1000, ฯลฯ. จะลดลงเรื่อยๆ. พอต1000, ช่วงการวัดอุณหภูมิ -200~420 ℃. ตามมาตรฐานสากล IEC751, คุณลักษณะอุณหภูมิของตัวต้านทานแพลทินัม Pt1000 ตรงตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

เส้นโค้งลักษณะอุณหภูมิ PT1000

ตามเส้นโค้งลักษณะอุณหภูมิ PT1000, ความลาดชันของเส้นโค้งลักษณะความต้านทานเปลี่ยนเล็กน้อยภายในช่วงอุณหภูมิการทำงานปกติ (ดังแสดงในรูป 1). ผ่านการติดตั้งเชิงเส้น, ความสัมพันธ์โดยประมาณระหว่างความต้านทานและอุณหภูมิคือ:

1.1 ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT100

ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT100

1.2 ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT1000

ตารางการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอุณหภูมิ PT1000

2. โซลูชั่นการซื้อกิจการที่ใช้กันทั่วไป

2.1 แรงดันไฟฟ้าต้านทานออก 0 ~ 3.3V/3V แรงดันอะนาล็อก

การได้มาโดยตรงของพอร์ตโฆษณาชิป
ช่วงการวัดอุณหภูมิวงจรแรงดันเอาต์พุตคือ 0 ~ 3.3V, พีที1000 (ค่าความต้านทาน PT1000 มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก, ความไวการวัดอุณหภูมิสูงกว่า PT100; PT100 เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิขนาดใหญ่).

เอาต์พุตตัวต้านทานแรงดันไฟฟ้า 0 ~ 3.3V 3V แรงดันอะนาล็อก

วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้วิธีการแบ่งแรงดันไฟฟ้า. แรงดันไฟฟ้าคือแหล่งอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า 4V ที่สร้างขึ้นโดยชิปแหล่งอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า TL431, หรือ ref3140 สามารถใช้เพื่อสร้าง 4.096V เป็นแหล่งอ้างอิง. ชิปแหล่งอ้างอิงยังรวมถึง ref3120, 3125, 3130, 3133, และ 3140. ชิปใช้แพ็คเกจ SOT-32 และแรงดันอินพุต 5V. แรงดันเอาต์พุตสามารถเลือกได้ตามแรงดันอ้างอิงที่ต้องการ. แน่นอน, ตามช่วงอินพุตแรงดันไฟฟ้าปกติของพอร์ตโฆษณา MCU, ไม่เกิน 3V/3.3V.

2.2 แรงดันไฟฟ้าต้านทานการออก 0 ~ 5V แรงดันไฟฟ้าอะนาล็อก MCU AD พอร์ตการได้มาโดยตรง.
แน่นอน, บางวงจรใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V MCU, และกระแสการทำงานสูงสุดของ PT1000 คือ 0.5mA, ดังนั้นควรใช้ค่าความต้านทานที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปกติของส่วนประกอบ.
ตัวอย่างเช่น, 3.3V ในไดอะแกรมแผนผังแผนกแรงดันไฟฟ้าด้านบนจะถูกแทนที่ด้วย 5V. ข้อดีของสิ่งนี้คือแผนกแรงดันไฟฟ้า 5V มีความไวมากกว่า 3.3V, และการได้มานั้นแม่นยำยิ่งขึ้น. จดจำ, แรงดันเอาต์พุตที่คำนวณทางทฤษฎีไม่เกิน +5V. มิฉะนั้น, มันจะทำให้เกิดความเสียหายต่อ MCU.

2.3 การวัดสะพานที่ใช้กันมากที่สุด
R11, R12, R13 และ PT1000 ใช้เพื่อสร้างสะพานวัด, โดยที่ r11 = r13 = 10k, R12 = ตัวต้านทานความแม่นยำ 1,000R. เมื่อค่าความต้านทานของ PT1000 ไม่เท่ากับค่าความต้านทานของ R12, บริดจ์จะส่งสัญญาณความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระดับ MV. สัญญาณความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้านี้ถูกขยายโดยวงจรแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือและส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ. สัญญาณนี้สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับชิปแปลงโฆษณาหรือพอร์ตโฆษณาของไมโครคอนโทรลเลอร์.

R11, R12, R13 และ PT1000 ใช้เพื่อสร้างสะพานวัด

หลักการวัดความต้านทานของวงจรนี้:
1) PT1000 เป็นเทอร์มิสเตอร์. เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง, ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปเป็นเส้นตรง.
2) ที่ 0 องศา, ความต้านทานของ PT1000 คือ1KΩ, จากนั้น ub และ ua เท่ากัน, นั่นคือ, uba = ub – ทำ = 0.
3) สมมติว่าในอุณหภูมิที่กำหนด, ความต้านทานของ PT1000 คือ1.5kΩ, จากนั้น UB และ UA ไม่เท่ากัน. ตามหลักการแผนกแรงดันไฟฟ้า, เราสามารถพบได้ว่า uba = ub – ทำ > 0.
4) OP07 เป็นเครื่องขยายเสียงในการดำเนินงาน, และแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นขึ้นอยู่กับวงจรภายนอก, โดยที่ a = r2/r1 = 17.5.
5) แรงดันเอาต์พุต UO ของ OP07 = UBA * ก. ดังนั้นหากเราใช้โวลต์มิเตอร์เพื่อวัดแรงดันเอาต์พุตของ OP07, เราสามารถอนุมานคุณค่าของ UAB ได้. เนื่องจาก UA เป็นค่าที่ทราบ, เราสามารถคำนวณค่า UB เพิ่มเติมได้. แล้ว, ใช้หลักการแผนกแรงดันไฟฟ้า, เราสามารถคำนวณค่าความต้านทานเฉพาะของ PT1000. กระบวนการนี้สามารถทำได้ผ่านการคำนวณซอฟต์แวร์.
6) หากเรารู้ค่าความต้านทานของ PT1000 ที่อุณหภูมิใด ๆ, เราต้องค้นหาตารางตามค่าความต้านทานเพื่อทราบอุณหภูมิปัจจุบัน.

2.4 แหล่งกระแสไฟฟ้าคงที่
เนื่องจากเอฟเฟกต์ความร้อนด้วยตนเองของตัวต้านทานความร้อน, กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะทำได้. โดยทั่วไป, กระแสไฟฟ้าคาดว่าจะน้อยกว่า 10mA. ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าการให้ความร้อนด้วยตนเองของตัวต้านทานแพลตตินัม PT100 ของ 1 MW จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 0.02-0.75 ℃. ดังนั้น, การลดกระแสของตัวต้านทานแพลตตินัม PT100 ยังสามารถลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของมันได้. อย่างไรก็ตาม, ถ้ากระแสมีขนาดเล็กเกินไป, มันไวต่อการรบกวนเสียงรบกวน, ดังนั้นค่าโดยทั่วไป 0.5-2 มิลลิแอมป์, ดังนั้นกระแสกระแสไฟฟ้าคงที่กระแสไฟฟ้าจะถูกเลือกเป็นแหล่งกระแสคงที่ 1mA.

ชิปถูกเลือกเป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าคงที่ชิป TL431, จากนั้นแปลงเป็นแหล่งกระแสคงที่โดยใช้ข้อเสนอแนะเชิงลบในปัจจุบัน. วงจรแสดงในรูป

ในหมู่พวกเขา, แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ CA3140 ใช้เพื่อปรับปรุงกำลังการผลิตของแหล่งกำเนิดในปัจจุบัน, และสูตรการคำนวณสำหรับกระแสเอาต์พุตคือ:

ตัวต้านทานควรเป็น 0.1% ตัวต้านทานความแม่นยำ. กระแสไฟสุดท้ายคือ 0.996ma, นั่นคือ, ความแม่นยำคือ 0.4%.

The constant current source circuit should have the following characteristics

Select the constant voltage source chip TL431

Temperature stability: Since our temperature measurement environment is 0-100℃, the output of the current source should not be sensitive to temperature. The TL431 has an extremely low temperature coefficient and low temperature drift.

Good load regulation: If the current ripple is too large, it will cause reading errors. According to theoretical analysis, since the input voltage varies between 100-138.5mV, and the temperature measurement range is 0-100℃, the temperature measurement accuracy is ±1 degree Celsius, so the output voltage should change by 38.5/100=0.385mV for every 1℃ increase in ambient temperature. In order to ensure that the current fluctuation does not affect the accuracy, consider the most extreme case, ที่ 100 องศาเซลเซียส, the resistance value of PT100 should be 138.5R. Then the current ripple should be less than 0.385/138.5=0.000278mA, นั่นคือ, the current change during the load change should be less than 0.000278mA. In the actual simulation, the current source remains basically unchanged.
3. AD623 acquisition circuit solution

AD623 acquisition PT1000 circuit solution

The principle can refer to the above bridge measurement principle.
Low temperature acquisition:

High temperature acquisition

4. AD620 acquisition circuit solution

AD620 PT100 acquisition solution

AD620 PT100 acquisition solution high temperature (150°):

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

AD620 PT100 acquisition solution room temperature (20°):

5. PT100 and PT1000 anti-interference filtering analysis

การได้มาซึ่งอุณหภูมิในบางส่วน, สภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือพิเศษจะได้รับการรบกวนที่ดีเยี่ยม, ส่วนใหญ่รวมถึง EMI และ REI.

ตัวอย่างเช่น, ในการประยุกต์ใช้การได้มาของอุณหภูมิมอเตอร์, การควบคุมมอเตอร์และการหมุนความเร็วสูงของมอเตอร์ทำให้เกิดการรบกวนความถี่สูง.

นอกจากนี้ยังมีสถานการณ์การควบคุมอุณหภูมิจำนวนมากภายในการบินและยานพาหนะการบินและอวกาศ, การวัดและควบคุมระบบพลังงานและระบบควบคุมสิ่งแวดล้อม. แกนกลางของการควบคุมอุณหภูมิคือการวัดอุณหภูมิ. เนื่องจากความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์สามารถเปลี่ยนเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิ, การใช้ความต้านทานแพลตตินัมเพื่อวัดอุณหภูมิเป็นวิธีการวัดอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูงที่มีประสิทธิภาพ. ปัญหาหลักมีดังนี้:
1. มีการแนะนำความต้านทานบนลวดตะกั่วได้อย่างง่ายดาย, จึงส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดของเซ็นเซอร์;
2. ในสภาพแวดล้อมการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง, สัญญาณรบกวนอาจถูกแปลงเป็นเอาต์พุต DC หลังจากแก้ไขโดยเครื่องขยายเครื่องมือเครื่องมือ
ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต, มีผลต่อความแม่นยำในการวัด.
5.1 วงจรการซื้อกิจการการบินและอวกาศ

วงจรการซื้อกิจการการบินและอวกาศ

อ้างถึงการออกแบบวงจรการได้มาของ PT1000 ในอากาศสำหรับการรบกวนต่อต้านอิเล็กทรอนิกส์ในการบินที่แน่นอน.

ตัวกรองถูกตั้งไว้ที่ปลายสุดของวงจรการได้มา. วงจรการประมวลผลล่วงหน้าของ PT1000 Acquisition เหมาะสำหรับการควบคุมการรบกวนแบบต่อต้านอิเล็กทรอนิกส์ล่วงหน้าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางอากาศ;
วงจรเฉพาะคือ:
แรงดันไฟฟ้าอินพุต +15V จะถูกแปลงเป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง +5V ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า, and the +5V high-precision voltage source is directly connected to the resistor R1.
The other end of the resistor R1 is divided into two paths, one connected to the in-phase input of the op amp, and the other connected to the PT1000 resistor A end through the T-type filter S1. The output of the op amp is connected to the inverting input to form a voltage follower, and the inverting input is connected to the ground port of the voltage regulator to ensure that the voltage at the in-phase input is always zero. After passing through the S2 filter, one end A of the PT1000 resistor is divided into two paths, one path is used as the differential voltage input terminal D through resistor R4, and the other path is connected to AGND through resistor R2. หลังจากผ่านตัวกรอง S3, ปลายอีกด้าน B ของตัวต้านทาน PT1000 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, เส้นทางเดียวถูกใช้เป็นเทอร์มินัลอินพุตแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่าง E ผ่านตัวต้านทาน R5, และเส้นทางอื่นเชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวต้านทาน R3. D และ E เชื่อมต่อผ่านตัวเก็บประจุ C3, D เชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวเก็บประจุ C1, และ E เชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวเก็บประจุ C2; ค่าความต้านทานที่แม่นยำของ PT1000 สามารถคำนวณได้โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างระหว่าง D และ E.

แรงดันไฟฟ้าอินพุต +15V จะถูกแปลงเป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความแม่นยำสูง +5V ผ่านตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า. +5V เชื่อมต่อโดยตรงกับ R1. ปลายอีกด้านของ R1 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, หนึ่งเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลอินพุตในเฟสของแอมป์ OP, และอื่น ๆ เชื่อมต่อกับตัวต้านทาน PT1000 A ผ่านตัวกรอง T-type S1. The output of the op amp is connected to the inverting input to form a voltage follower, และอินพุตกลับด้านเชื่อมต่อกับพอร์ตพื้น. ในเวลานี้, กระแสที่ไหลผ่าน R1 เป็นค่าคงที่ 0.5mA. ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้ AD586TQ/883B, และแอมป์ OP ใช้ OP467A.

After passing through the S2 filter, one end A of the PT1000 resistor is divided into two paths, หนึ่งผ่านตัวต้านทาน R4 เป็นแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน, และหนึ่งผ่านตัวต้านทาน R2 ถึง AGND; หลังจากผ่านตัวกรอง S3, ปลายอีกด้าน B ของตัวต้านทาน PT1000 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, หนึ่งผ่านตัวต้านทาน R5 เป็นอินพุตแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน, และหนึ่งผ่านตัวต้านทาน R3 ถึง AGND. D และ E เชื่อมต่อผ่านตัวเก็บประจุ C3, D เชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวเก็บประจุ C1, และ E เชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวเก็บประจุ C2.
ความต้านทานของ R4 และ R5 คือ 4.02k โอห์ม, ความต้านทานของ R1 และ R2 คือ 1m ohms, ความจุของ C1 และ C2 คือ 1,000pf, และความจุของ C3 คือ 0.047UF. R4, R5, C1, C2, และ C3 รวมกันเป็นเครือข่ายตัวกรอง RFI, ซึ่งเสร็จสมบูรณ์การกรองผ่านผ่านทางผ่านของสัญญาณอินพุต, และวัตถุที่จะกรองได้รวมถึงการรบกวนโหมดที่แตกต่างกันและการรบกวนโหมดทั่วไปที่ดำเนินการในสัญญาณอินพุต. การคำนวณความถี่ cutoff ‑3dB ของการรบกวนโหมดทั่วไปและการรบกวนโหมดที่แตกต่างกันในสัญญาณอินพุตจะแสดงในสูตร:

การแทนที่ค่าความต้านทานในการคำนวณ, ความถี่ในการตัดโหมดทั่วไปคือ 40kHz, และความถี่ในการตัดโหมดเชิงอนุพันธ์คือ 2.6kHz.
จุดสิ้นสุด B เชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวกรอง S4. ในหมู่พวกเขา, เทอร์มินัลภาคพื้นดินของตัวกรองจาก S1 ถึง S4 นั้นเชื่อมต่อกับสนามป้องกันเครื่องบิน. เนื่องจากกระแสไหลผ่าน PT1000 เป็นที่รู้จัก 0.05ma, the precise resistance value of PT1000 can be calculated by measuring the differential voltage at both ends of D and E.
S1 to S4 use T-type filters, model GTL2012X‑103T801, with a cutoff frequency of 1M±20%. This circuit introduces low-pass filters to the external interface lines and performs RFI filtering on the differential voltage. As a preprocessing circuit for PT1000, it effectively eliminates electromagnetic and RFI radiation interference, which greatly improves the reliability of the collected values. นอกจากนี้, the voltage is directly measured from both ends of the PT1000 resistor, eliminating the error caused by the lead resistance and improving the accuracy of the resistance value.

5.2 T-type filter
The T-type filter consists of two inductors and capacitors. Both ends of it have high impedance, และประสิทธิภาพการสูญเสียการแทรกนั้นคล้ายกับของตัวกรองประเภทπ, แต่มันไม่ได้มีแนวโน้มที่จะ “ซึ่งส่งเสียงดัง” และสามารถใช้ในการสลับวงจร.