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%.

วงจรแหล่งจ่ายกระแสคงที่ควรมีลักษณะดังต่อไปนี้

เลือกชิปแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ TL431

ความเสถียรของอุณหภูมิ: เนื่องจากสภาพแวดล้อมการวัดอุณหภูมิของเราคือ 0-100℃, เอาต์พุตของแหล่งจ่ายกระแสไม่ควรไวต่ออุณหภูมิ. TL431 มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำมากและการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิต่ำ.

การควบคุมโหลดที่ดี: หากระลอกปัจจุบันมีขนาดใหญ่เกินไป, มันจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการอ่าน. ตามการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าแตกต่างกันไประหว่าง 100-138.5mV, และช่วงการวัดอุณหภูมิคือ 0-100 ℃, ความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิอยู่ที่ ±1 องศาเซลเซียส, ดังนั้นแรงดันไฟขาออกควรเปลี่ยนแปลง 38.5/100=0.385mV สำหรับอุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 1°C. เพื่อให้มั่นใจว่าความผันผวนในปัจจุบันไม่ส่งผลต่อความถูกต้อง, พิจารณากรณีที่ร้ายแรงที่สุด, ที่ 100 องศาเซลเซียส, ค่าความต้านทานของ PT100 ควรเป็น 138.5R. ดังนั้นระลอกปัจจุบันควรน้อยกว่า 0.385/138.5=0.000278mA, นั่นคือ, การเปลี่ยนแปลงปัจจุบันระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดควรน้อยกว่า 0.000278mA. ในการจำลองจริง, แหล่งที่มาปัจจุบันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน.
3. โซลูชันวงจรการเข้าซื้อกิจการ AD623

โซลูชันวงจร PT1000 การเข้าซื้อกิจการ AD623

หลักการนี้สามารถอ้างอิงถึงหลักการวัดสะพานข้างต้นได้.
การได้มาที่อุณหภูมิต่ำ:

การได้มาซึ่งอุณหภูมิสูง

4. โซลูชันวงจรการเข้าซื้อกิจการ AD620

โซลูชันการเข้าซื้อกิจการ AD620 PT100

AD620 PT100 Acquisition Solution อุณหภูมิสูง (150°):

AD620 PT100 Acquisition Solution อุณหภูมิต่ำ (-40°):

AD620 PT100 Acquisition Solution อุณหภูมิห้อง (20°):

5. PT100 และ PT1000 การวิเคราะห์การกรองสัญญาณรบกวน

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, และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าความแม่นยำสูง +5V เชื่อมต่อโดยตรงกับตัวต้านทาน R1.
ปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน R1 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, หนึ่งเชื่อมต่อกับอินพุตในเฟสของออปแอมป์, และอีกอันเชื่อมต่อกับตัวต้านทาน PT1000 A สิ้นสุดผ่านตัวกรองชนิด T S1. เอาต์พุตของออปแอมป์เชื่อมต่อกับอินพุทแบบกลับด้านเพื่อสร้างตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า, และอินพุทอินพุทจะต่อเข้ากับพอร์ตกราวด์ของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินเฟสจะเป็นศูนย์เสมอ. หลังจากผ่านตัวกรอง S2 แล้ว, ปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทาน PT1000 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, เส้นทางหนึ่งถูกใช้เป็นเทอร์มินัลอินพุตแรงดันไฟฟ้าส่วนต่าง D ถึงตัวต้านทาน R4, และอีกเส้นทางหนึ่งเชื่อมต่อกับ AGND ผ่านตัวต้านทาน 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. เอาต์พุตของออปแอมป์เชื่อมต่อกับอินพุทแบบกลับด้านเพื่อสร้างตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า, และอินพุตกลับด้านเชื่อมต่อกับพอร์ตพื้น. ในเวลานี้, กระแสที่ไหลผ่าน R1 เป็นค่าคงที่ 0.5mA. ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้ AD586TQ/883B, และแอมป์ OP ใช้ OP467A.

หลังจากผ่านตัวกรอง S2 แล้ว, ปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทาน PT1000 แบ่งออกเป็นสองเส้นทาง, 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, ค่าความต้านทานที่แม่นยำของ PT1000 สามารถคำนวณได้โดยการวัดแรงดันต่างที่ปลายทั้งสองด้านของ D และ E.
S1 ถึง S4 ใช้ตัวกรองชนิด T, รุ่น GTL2012X‑103T801, ด้วยความถี่ตัด 1M ± 20%. วงจรนี้แนะนำตัวกรองความถี่ต่ำผ่านกับสายอินเทอร์เฟซภายนอก และดำเนินการกรอง RFI บนแรงดันไฟฟ้าส่วนต่าง. เป็นวงจรประมวลผลล่วงหน้าสำหรับ PT1000, ช่วยลดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและรังสี RFI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของค่าที่รวบรวมได้อย่างมาก. นอกจากนี้, แรงดันไฟฟ้าจะวัดโดยตรงจากปลายทั้งสองด้านของตัวต้านทาน PT1000, ขจัดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความต้านทานของตะกั่วและปรับปรุงความแม่นยำของค่าความต้านทาน.

5.2 ตัวกรองชนิด T
ตัวกรองชนิด T ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุสองตัว. ปลายทั้งสองด้านมีความต้านทานสูง, และประสิทธิภาพการสูญเสียการแทรกนั้นคล้ายกับของตัวกรองประเภทπ, แต่มันไม่ได้มีแนวโน้มที่จะ “ซึ่งส่งเสียงดัง” และสามารถใช้ในการสลับวงจร.