PT100/PT1000溫度擷取電路方案

1. PT100和PT1000溫度抗性變化表
鎳等金屬熱電阻, 銅鉑電阻的阻值隨溫度的變化呈正相關. 鉑具有最穩定的物理和化學性質，用途最廣泛. 常用鉑電阻Pt100的測溫範圍為-200～850℃. 另外, Pt500的溫度測量範圍, 鉑1000, ETC. 都在陸續減少. 鉑1000, 溫度測量範圍-200～420℃. 依據IEC751國際標準, 鉑電阻Pt1000的溫度特性符合以下要求:

PT1000溫度特徵曲線

根據PT1000溫度特徵曲線, 電阻特性曲線的斜率在正常工作溫度範圍內變化很小 (如圖 1). 通過線性擬合, 電阻和溫度之間的近似關係是:

1.1 PT100耐溫變化表

PT100耐溫變化表

1.2 PT1000溫度抗性變化表

PT1000溫度抗性變化表

2. 常用的採集電路解決方案

2.1 電阻電壓劃分輸出0〜3.3V/3V模擬電壓

單芯片廣告端口直接收購
溫度測量電路電壓輸出範圍為0〜3.3V, PT1000 (PT1000電阻值發生了很大變化, 溫度測量靈敏度高於PT100; PT100更適合大規模溫度測量).

電阻電壓分隔器輸出0〜3.3V 3V模擬電壓

最簡單的方法是使用電壓分割方法. 電壓是TL431電壓參考源芯片產生的電壓參考源4V, 或Ref3140可用於生成4.096V作為參考源. 參考源芯片還包括Ref3120, 3125, 3130, 3133, 和 3140. 芯片使用SOT-32軟件包和5V輸入電壓. 可以根據所需的參考電壓選擇輸出電壓. 當然, 根據MCU廣告端口的正常電壓輸入範圍, 它不能超過3V/3.3V.

2.2 電阻電壓部輸出0〜5V模擬電壓MCU AD端口直接採集.
當然, 一些電路使用5V MCU電源, PT1000的最大工作電流為0.5mA, 因此，應使用適當的電阻值來確保組件的正常運行.
例如, 上面的電壓除法示意圖中的3.3V替換為5V. 這樣的優點是5V電壓劃分比3.3V更敏感, 收購更準確. 記住, 理論計算的輸出電壓不能超過 +5V. 否則, 它將損害MCU.

2.3 最常用的橋樑測量
R11, R12, R13和PT1000用於形成測量橋, 其中r11 = r13 = 10k, R12 = 1000R精度電阻. 當PT1000的電阻值不等於R12的電阻值, 橋將輸出MV級電壓差信號. 該電壓差信號通過儀器放大器電路放大並輸出所需的電壓信號. 該信號可以直接連接到AD轉換芯片或微控制器的AD端口.

R11, R12, R13和PT1000用於形成測量橋

該電路的電阻測量原理:
1) PT1000是熱敏電阻. 隨著溫度的變化, 電阻基本上是線性變化的.
2) 在 0 度, PT1000的電阻為1KΩ, 然後UB和UA相等, 那是, uba = ub – 做= 0.
3) 假設在一定溫度下, PT1000的電阻為1.5kΩ, 那麼UB和UA不等. 根據電壓原理, 我們可以發現uba = ub – 做 > 0.
4) OP07是一個操作放大器, 它的電壓增長a取決於外部電路, 其中a = r2/r1 = 17.5.
5) OP07 = UBA的輸出電壓UO * A. 因此，如果我們使用電壓表測量OP07的輸出電壓, 我們可以推斷UAB的價值. 由於UA是已知價值, 我們可以進一步計算UB的值. 然後, 使用電壓部門原理, 我們可以計算PT1000的特定電阻值. 可以通過軟件計算來實現此過程.
6) 如果我們知道在任何溫度下PT1000的電阻值, 我們只需要根據電阻值查找表即可知道當前溫度.

2.4 恆定電流源
由於熱電阻的自加熱效果, 流過電阻器的電流應盡可能小. 一般來說, 電流預計將小於10mA. 已經驗證了鉑電阻PT100的自加熱 1 MW會導致溫度變化0.02-0.75℃. 所以, 降低鉑電阻PT100的電流也可以降低溫度的變化. 然而, 如果電流太小, 它容易受到噪聲干擾, 因此價值通常是 0.5-2 毫安, 因此，將常數電流源電流選擇為1MA常數電流源.

選擇芯片作為恆定電壓源芯片TL431, 然後使用電流負面反饋轉換為恆定電流源. 電路顯示在圖中

他們之中, 操作放大器CA3140用於提高當前源的負載能力, 並且輸出電流的計算公式為:

電阻應該是 0.1% 精密電阻. 最終輸出電流為0.996mA, 那是, 準確性是 0.4%.

恆定電流源電路應具有以下特徵

選擇恆定電壓源芯片TL431

溫度穩定性: 由於我們的溫度測量環境為0-100℃, 當前源的輸出不應對溫度敏感. TL431具有極低的溫度係數和低溫漂移.

良好的負載調節: 如果當前的漣漪太大, 會導致讀數錯誤. 根據理論分析, 由於輸入電壓在100-138.5mv之間變化, 溫度測量範圍為0-100℃, 溫度測量精度為±1度攝氏, 因此，輸出電壓應每1升增加38.5/100 = 0.385mV. 為了確保當前波動不會影響準確性, 考慮最極端的情況, 在 100 攝氏度, PT100的電阻值應為138.5R. 那麼當前的漣漪應小於0.385/138.5 = 0.000278mA, 那是, 負載變化期間的當前變化應小於0.000278mA. 在實際模擬中, 當前的來源基本保持不變.
3. AD623採集電路解決方案

AD623採集PT1000電路解決方案

該原理可以指上上述橋樑測量原則.
低溫採集:

高溫採集

4. AD620採集電路解決方案

AD620 PT100採集解決方案

AD620 PT100採集解決方案高溫 (150°):

AD620 PT100採集解決方案低溫 (-40°):

AD620 PT100採集解決方案室溫 (20°):

5. PT100和PT1000抗干擾過濾分析

在某些複合物中的溫度獲取, 嚴酷或特殊環境將受到極大的干擾, 主要包括EMI和REI.

例如, 在應用運動溫度的應用中, 電動機控制和高速旋轉導致高頻干擾.

在航空和航空航天車輛內部還有大量的溫度控制場景, 哪個衡量和控制電源系統和環境控制系統. 溫度控制的核心是溫度測量. 由於熱敏電阻的電阻可以隨溫度線性變化, 使用鉑耐藥性測量溫度是一種有效的高精度測量方法. 主要問題如下:
1. 鉛線上的電阻很容易引入, 因此影響傳感器的測量精度;
2. 在某些強烈的電磁干擾環境中, 儀器放大器整流後可以將乾擾轉換為直流輸出
偏移錯誤, 影響測量精度.
5.1 航空航空公司PT1000採集電路

航空航空公司PT1000採集電路

請參閱某個航空中的抗電磁干擾的空氣中PT1000採集電路的設計.

在採集電路的最外端設置了一個過濾器. PT1000採集預處理電路適用於機載電子設備界面的反電磁干擾預處理;
特定電路是:
通過電壓調節器將 +15V輸入電壓轉換為 +5V高精度電壓源, +5V高精度電壓源直接連接到電阻R1.
電阻R1的另一端分為兩個路徑, 一個連接到OP放大器的相位輸入, 另一個連接到PT1000電阻器通過T型濾波器S1的端. OP放大器的輸出連接到反轉輸入以形成電壓跟隨器, 並且反轉輸入連接到電壓調節器的地面端口，以確保相一樣的輸入處的電壓始終為零. 通過S2過濾器後, PT1000電阻的一端A分為兩條路徑, 一條路徑用作通過電阻R4的差電壓輸入端子D, 另一個路徑通過電阻R2連接到Agnd. 通過S3過濾器後, PT1000電阻器的另一端B分為兩個路徑, 一條路徑被用作通過電阻R5的差電壓輸入端子E, 另一個路徑通過電阻R3連接到Agnd. D和E通過電容器C3連接, D通過電容器C1連接到AGND, E通過電容器C2連接到AGND; 可以通過測量D和E之間的差分電壓來計算PT1000的確切電阻值.

通過電壓調節器將 +15V輸入電壓轉換為 +5V高精度電壓源. +5V直接連接到R1. R1的另一端分為兩條路徑, 一個連接到OP放大器的同相輸入端子, 另一個通過T型濾波器S1連接到PT1000電阻A. OP放大器的輸出連接到反轉輸入以形成電壓跟隨器, 並且反轉輸入連接到電壓調節器的地面端口，以確保反轉輸入處的電壓始終為零. 此時, 流過R1的電流是常數0.5mA. 電壓調節器使用AD586TQ/883B, OP放大器使用OP467A.

通過S2過濾器後, PT1000電阻的一端A分為兩條路徑, 一個通過電阻R4作為差電壓輸入端D, 一個通過電阻R2到Agnd; 通過S3過濾器後, PT1000電阻器的另一端B分為兩個路徑, 一個通過電阻R5作為差電壓輸入端E, 一個通過電阻R3到Agnd. D和E通過電容器C3連接, D通過電容器C1連接到AGND, E通過電容器C2連接到AGND.
R4和R5的電阻為4.02K歐姆, R1和R2的電阻為1M歐姆, C1和C2的電容為1000pf, C3的電容為0.047UF. R4, R5, C1, C2, 和C3一起形成一個RFI過濾網絡, 完成輸入信號的低通濾波, 並且要濾除的對象包括差分模式乾擾和輸入差分信號中帶有的常見模式乾擾. 在公式中顯示了在輸入信號中攜帶的公共模式乾擾和差分模式乾擾的計算:

將電阻值代替計算, 通用模式截止頻率為40kHz, 差分模式截止頻率為2.6kHz.
終點B通過S4濾波器連接到AGND. 他們之中, 從S1到S4的過濾器接地端子都連接到飛機屏蔽地面. 由於流經PT1000的電流是已知的0.05mA, 可以通過測量D和E兩端的差分電壓來計算PT1000的確切電阻值.
S1至S4使用T型過濾器, 型號GTL2012X −103T801, 截止頻率為1M±20％. 該電路將低通濾波器引入外部接口線，並在差分電壓上執行RFI過濾. 作為PT1000的預處理電路, 它有效消除電磁和RFI輻射干擾, 這大大提高了收集值的可靠性. 另外, 電壓直接從PT1000電阻的兩端測量, 消除由鉛電阻引起的誤差並提高電阻值的準確性.

5.2 T型濾波器
T型濾波器由兩個電感器和電容器組成. 兩端的阻抗都很高, 它的插入損失性能與π型濾波器相似, 但這不容易 “鈴聲” 可以用於切換電路.