PT100 和 PT1000 金属热敏电阻传感器探头的电阻器和电路

12 月 24, 2024
发表者行政

PT100或PT1000传感器探针的温度采集电路通常由稳定的电流源组成，以激发传感器, 高精度电阻测量电路，以检测与温度的电阻变化, 和类似物到数字的转换器 (模数转换器) 将测得的电压转换为可以通过微控制器或数据采集系统处理的数字信号; PT100和PT1000电路之间的主要区别是，由于PT100具有标称电阻的标准，电阻值的比例 100 欧姆在0°C时，pt1000具有 1000 0°C 时的欧姆, 通常需要根据所需的准确性和应用来调整测量电路.

本文介绍了在不同温度下PT100和PT1000金属热电阻传感器探针的电阻变化, 以及各种温度采集电路解决方案. 包括电压电压部门, 桥梁测量, 恒定电流源和AD623, AD620采集电路. 为了抵抗干扰, 特别是在航空航天场中的电磁干扰, 提出了空降PT1000温度传感器采集电路设计, 包括用于过滤和提高测量精度的T型滤波器.
CSDN通过智能技术生成的摘要

PT100温度电缆传感器，用于容器中精确的温度测量, 坦克和管道

温度传感器探头T100高温-50～260电缆

PT100铂电阻温度传感器用于发射器表面温度

PT100/PT1000温度采集电路方案
1. PT100和PT1000传感器的温度抗性变化表
镍等金属热电阻, 铜和铂电阻与温度变化有正相关. 铂具有最稳定的物理和化学性质，用途最广泛. 常用铂电阻Pt100传感器探头的测温范围为-200～850℃, Pt500的温度测量范围, Pt1000 传感器探头, ETC. 都在陆续减少. 铂1000, 温度测量范围-200～420℃. 依据IEC751国际标准, 铂电阻Pt1000的温度特性满足以下要求:

Pt1000温度特性曲线

根据Pt1000温度特性曲线, 电阻特性曲线的斜率在正常工作温度范围内略有变化 (如图 1). 电阻和温度之间的近似关系可以通过线性拟合获得:

PT100耐温变化表 1

2. 常用采集电路方案

2. 1 电阻电压分隔器输出0〜3.3V/3V模拟电压单芯片广告端口直接采集
测温电路电压输出范围为0~3.3V, PT1000 (PT1000阻值变化较大, 温度测量灵敏度高于PT100; PT100更适合大范围温度测量).

最简单的方法就是采用分压法. 电压由TL431电压参考源芯片产生, 这是4V电压参考源. 或者, Ref3140可用于生成4.096V作为参考源. 参考源芯片还包括Ref3120, 3125, 3130, 3133, 和 3140. 芯片使用SOT-32软件包和5V输入电压. 输出电压可根据需要的参考电压选择. 当然, 根据微控制器的AD端口的正常电压输入范围, 不能超过3V/3.3V.

PT100单芯片广告端口电路直接收购

2.2 电阻电压划分输出0〜5V模拟电压, 微控制器的广告端口直接收集.
当然, 一些电路由5V微控制器提供动力, PT1000的最大工作电流为0.5mA, 因此，必须使用适当的电阻值来确保组件的正常操作.
例如, 上面的电压部门示意图中的3.3V被5V取代. 这样的优点是5V电压施法比3.3V电压更敏感, 而且该系列更准确. 记住, 理论计算输出电压不能超过+5V. 否则, 微控制器将损坏.

2.3 最常用的电桥测量

PT100的电压分隔电路输出0〜5V模拟电压

使用R11, R12, R13和PT1000形成一个测量桥, 其中 R11=R13=10k, R12 = 1000R精度电阻. 当Pt1000的阻值不等于R12的阻值时, 桥将输出MV电平差信号. 该电压差信号经仪表放大器电路放大，输出所需的电压信号, 可以直接连接到广告转换芯片或微控制器的AD端口.

该电路电阻测量原理:

1) PT1000是热敏电阻, 它的电阻基本上随温度的变化而基本线性变化.

2) 在 0 度, PT1000的电阻为1kΩ, 那么 Ub 和 Ua 相等, 那是, 乌巴=乌布 – 做= 0.
3) 假设在一定温度下, PT1000的电阻为1.5kΩ, 那么 Ub 和 Ua 不相等. 根据电压分隔原理, 我们可以找到uba = ub – 做 > 0.
4) OP07是运算放大器, 及其电压放大因子A取决于外部电路, 其中 A = R2/R1 = 17.5.
5) OP07的输出电压Uo=Uba * A. 那么如果我们用电压表测量OP07的输出电压, 我们可以推断出Uab的值. 由于 Ua 是已知值, 我们可以进一步计算Ub的值. 然后, 使用电压分隔原理, 我们可以计算出PT1000的比电阻值. 这个过程可以通过软件计算来实现.
6) 如果我们知道PT1000在任何温度下的电阻值, 我们只需要根据电阻值查找桌子即可了解当前温度.

2.4 恒流源
由于热敏电阻的自热效应, 有必要确保流过电阻器的电流尽可能小, 通常预计电流小于10mA. 经验证，铂电阻PT100自热 1 MW会导致温度变化 0.02 至0.75℃, 因此，降低铂电阻PT100的电流也可以降低温度的变化. 然而, 如果电流太小, 容易受到噪声干扰, 因此，它通常是在 0.5 到 2 嘛, 所以恒流源电流选择1mA恒流源.

选择的芯片是恒定电压源芯片TL431, 然后使用当前的负反馈将其转换为常数电流源. 电路如图所示:

电阻PT100电路采集方案的恒定电流源

操作放大器CA3140用于提高当前源的负载能力, 输出电流的计算公式为:
在这里插入图片描述，电阻应该是 0.1% 精密电阻. 最终输出电流为0.996mA, 那是, 准确度是 0.4%.
恒流源电路应具有以下特点:
温度稳定性: 由于我们的测温环境是0-100℃, 电流源的输出不应对温度敏感. TL431具有极低的温度系数和低温漂移.

良好的负载调节能力: 如果电流纹波太大, 会导致读取错误. 根据理论分析. 由于输入电压在100-138.5mv之间变化, 温度测量范围0-100℃, 测温精度±1摄氏度, 因此环境温度每升高1℃，输出电压应变化38.5/100=0.385mV. 为了保证电流波动不影响精度, 考虑最极端的情况, 在 100 摄氏度, PT100的电阻值应为138.5R. 那么电流纹波应小于0.385/138.5=0.000278mA, 那是, 负载变化期间电流的变化应小于0.000278mA. 在实际模拟中, 目前来源基本不变.

3. AD623采集电路方案
原理可以参考上面电桥测量原理.
低温采集:

AD620测量PT100采集解决方案高温 (150°)

高温采集
在此处插入图片描述

4. AD620采集电路方案
AD620 PT100高温采集解决方案 (150°):

AD620在低温下测量PT100采集解决方案 (-40°)

低温的AD620 PT100采集解决方案 (-40°):

AD620在室温下测量PT100采集方案 (20°)

AD620 PT100室温采集解决方案 (20°):

PT100传感器高温采集电路

5. PT100和PT1000传感器的抗干扰过滤分析
一些复杂的温度采集, 恶劣或特殊的环境会受到很大的干扰, 主要包括EMI和REI. 例如, 在电机温度采集中的应用, 电动机控制和高速旋转引起的高频干扰.

航空航天飞行器内部也存在大量的温控场景, 对电力系统和环境控制系统进行测量和控制. 温度控制的核心是温度测量. 由于热敏电阻的阻值可以随温度线性变化, 利用铂电阻测量温度是一种有效的高精度测温方法. 主要问题如下:
1. 引线上的电阻很容易引入, 从而影响传感器的测量精度;
2. 在某些强烈的电磁干扰环境中, 通过仪器放大器纠正后，干扰可以转换为直流输出偏移错误, 影响测量精度.

5.1 航天机载PT1000采集电路
参考某航空某机载PT1000采集电路抗电磁干扰的设计.

PT100传感器的AD623采集电路方案

采集电路最外端设置滤波器. PT1000采集预处理电路适用于机载电子设备界面的反电磁干扰预处理; 特定电路是:
+15V输入电压通过稳压器转换为+5V高精度电压源. +5V高精度电压源直接连接到电阻R1, 电阻R1的另一端分为两条路径. 一个连接到OP放大器的相相输入端, 另一个通过T型滤波器S1连接到PT1000电阻a端. 运放的输出端连接到反相输入端，形成电压跟随器, 反相输入端连接稳压器的接地端，保证同相输入端电压始终为零. 经过S2过滤器后, PT1000电阻一端A分为两路, 一个通过电阻R4作为差电压输入D, 并通过电阻 R2 至 AGND. 经过S3过滤器后, PT1000电阻的另一端B分为两路, 一个通过电阻R5作为差电压输入E, 并通过电阻 R3 至 AGND. D和E通过电容C3连接, D通过电容C1连接到AGND, E通过电容C2连接到AGND. PT1000的确切电阻值可以通过测量d和e的差分电压来计算.

+15V输入电压通过稳压器转换为+5V高精度电压源. +5V直接连接到R1. R1的另一端分为两条路径, 一个连接到运算放大器的同相输入, 另一个通过T型滤波器S1连接到PT1000电阻的A端. 运放的输出端连接到反相输入端，形成电压跟随器, 反相输入端与稳压器的地端相连，保证反相输入端电压始终为零. 此时, 流过R1的电流恒定为0.5mA. 稳压器采用AD586TQ/883B, 运放采用OP467A.

经过S2过滤器后, PT1000电阻一端A分为两路, 一、通过电阻R4作为差分电压输入端D, 并通过电阻 R2 至 AGND. 经过S3过滤器后, PT1000电阻的另一端B分为两路, 1.通过电阻R5作为差分电压输入端E, 并通过电阻 R3 至 AGND. D和E通过电容C3连接, D通过电容C1连接到AGND, E通过电容C2连接到AGND.
R4和R5的电阻为4.02k欧姆, R1和R2的电阻为1M欧姆, C1和C2的电容为1000pF, C3的电容为0.047uF. R4, R5, C1, C2, 和C3一起组成RFI过滤网络. RFI滤波器完成了输入信号的低通滤波, 并且被过滤的对象包括差分模式干扰和输入差分信号中带有的常见模式干扰. 输入信号中携带的共模干扰和差模干扰的‑3dB截止频率的计算公式如下：:

航天机载PT1000采集电路

将电阻值代入计算, 共模截止频率为40kHz, 差模截止频率为2.6KHZ.
端点B通过S4滤波器连接到AGND. 他们之中, 滤波器接地端子S1至S4均连接至飞行器屏蔽地. 由于流过 PT1000 的电流已知为 0.05mA, 通过测量D、E两端的差分电压即可计算出PT1000的精确电阻值.
S1至S4采用T型滤波器, 型号 GTL2012X-103T801, 截止频率为m±20％. 该电路在外部接口线上引入低通滤波器，并对差分电压进行RFI滤波. 作为PT1000的预处理电路, 有效消除电磁和RFI辐射干扰, 这大大提高了采集值的可靠性. 此外, 直接从PT1000电阻两端测量电压, 消除引线电阻带来的误差，提高阻值精度.