2, 3, 4-Draht RTD PT100 Temperatursensor eine Vielzahl unterschiedlicher Anschlussmethoden
Die Temperatur ist eine sehr wichtige physikalische Größe bei der Arbeitskontrolle. Zu den zur Temperaturmessung verwendeten Sensoren gehören hauptsächlich Wärmewiderstand, Thermistor, Thermoelement, Halbleitertemperatursensor usw. Diese Sensoren haben ihre eigenen Eigenschaften und Anwendungsbereiche, daher müssen Entwickler die geeigneten Sensoren entsprechend ihren spezifischen Anwendungen auswählen.
2, 3, 4-Draht PT100 Temperatursensor
Der Wärmewiderstand (RTD) ist ein Temperatursensor mit hoher Präzision, der mit einem dünnen Draht auf einen Träger gewickelt wird und einen Widerstandswert aufweist, der von der Temperatur abweicht. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -200 ° C und + 850 ° C. Übliche RTD-Materialien sind Nickel, Kupfer, Platin usw., wobei der Wärmewiderstand von 100 Ohm (0 ° C) Platin am häufigsten ist. Aufgrund der sehr stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Platinmetall, weit verbreitet aufgrund wird Platin-Widerstands seiner hohen Präzision verwendet, Langzeitstabilität, gute Reproduzierbarkeit und schnelle Reaktion.
Die folgende Formel beschreibt die Temperatureigenschaften von Pt100. Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Temperatur- und Widerstandseigenschaften von Pt100 offensichtlich nichtlinear sind. Im Vergleich zu Thermoelementen und Thermistoren ist die Linearität von Pt100 jedoch viel besser, sodass die nichtlineare Korrektur einfacher ist. Frühe nichtlineare Korrekturen wurden meist durch komplexe analoge Schaltungen implementiert. Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie wird in Einzelanwendungen der Einzelchip-Mikrocomputer im Allgemeinen zur Tabellenprüfung und Interpolation auf nichtlinear korrektes Pt100 verwendet.
Um dieses Problem zu lösen, verfügt der Pt100 zusätzlich zur Zweidraht-Verbindungsmethode über Drei- und Vierdraht-Verbindungsmethoden, um den durch den Leitungswiderstand verursachten Messfehler zu reduzieren oder sogar zu beseitigen.
zwei, 2-, 3-, 4-Draht-Anschlussverfahren zur Erregung einer Konstantstromquelle
Wie oben erwähnt, ist der Pt100 ein Widerstandstemperatursensor, dessen Art der Temperaturmessung tatsächlich den Widerstand des Sensors misst. Normalerweise wird der Widerstand zur Messung in Spannungs- oder Stromsignale umgewandelt und das Messergebnis durch den Einzelchip-Mikrocomputer linearisiert. Im allgemeinen Pt100 gibt es zwei Möglichkeiten zur Temperaturmessung:
1. Eine Konstantstromquelle dient zur Berechnung der Temperatur durch Messung der Spannung an Pt100 bis Pt100 Wärmewiderstand.
2. Bei einer Wheatstone-Brücke sind drei der vier Widerstände der Brücke konstant und der andere verwendet einen Pt100-Wärmewiderstand. Wenn sich der Widerstandswert von Pt100 ändert, erzeugt das Testende eine elektrische Heizdifferenz, und daher wird die elektrische Heizdifferenz zur Berechnung der Temperatur verwendet.
Es gibt auch eine Klasse von Meßmethoden „Proportional-Methode“ genannt, die als eine Verbesserung der ersten Art von Messverfahren zu erkennen sind, die später im Detail beschrieben werden.
Die Verbindungsmethode der Zweidraht-Konstantstromquellenanregung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Konstantstromquelle wird über Pt100 ausgegeben, und die Spannung über Pt100 wird gemessen, um in Temperatur umgewandelt zu werden. Wie bereits erwähnt, verursacht diese Verbindung einen großen Fehler, wenn die Pt100-Leitungen lang sind. Die praktischeren sind daher das Drei-Draht-System und das Vier-Draht-System.
Die Vierdraht-Verdrahtungsmethode (Kelvin-Verbindungsmethode) ist unten dargestellt. Die Anregungs- und Messenden des Pt100 werden jeweils von zwei verschiedenen Leitungssätzen herausgenommen. Da sich der Spannungsmesspunkt am Leitungsanschluss des Pt100 befindet, hat die Leitungsanregungsspannung keinen Einfluss auf das Messergebnis.
Die Vierdraht-Verdrahtungsmethode wird aufgrund ihrer hohen Präzision häufig bei der Labortemperaturmessung eingesetzt. Aufgrund von Faktoren wie Kosten und Verdrahtung Bequemlichkeit, der Drei-Draht-System wird auf breiterer Ebene in der industriellen Kontrollstellen eingesetzt.
Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Verdrahtungsverfahren für einen Dreidraht-Pt100, der von einer Konstantstromquelle angeregt wird. Das Grundprinzip besteht darin, anzunehmen, dass die drei Leitungen des Pt100 denselben Kabeltyp mit derselben Länge und demselben Widerstand verwenden. Das heißt, Rw1 = Rw2 = Rw3 in der folgenden Abbildung, wobei das Messende (Rw2-Leitung) verwendet wird, um den Leitungswiderstand zu kompensieren.
Insbesondere für das Verdrahtungsverfahren in der Figur ist die gleichphasige Eingangsspannung V + = Vpt100 + VRw3 des Operationsverstärkers A3 und die umgekehrte Eingangsspannung V- = VRw1 + Vpt100 + VRw3 des Operationsverstärkers A3. Basierend auf der Annahme von Rw1 = Rw2 = Rw3 gibt es Vrw1 = Vrw3. Der Ausgang des Operationsverstärkers A3 ist Vo = 2V + - V- = Vpt100. Das heißt, der Einfluss des Leitungswiderstands auf das Messergebnis wird theoretisch eliminiert.
Drittens die 2- 3-Draht-Verbindungsmethode der Wheatstone Bridge
Die Wheatstone Bridge ist eine weitere häufige Verbindung zum Pt100. Die Zweidraht-Verbindungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Wenn die Pt100-Leitung lang ist, wird offensichtlich ein großer Fehler eingeführt.
Die 3-Draht-Pt100-Wheatstone-Überbrückungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Ausgabeformel für die Wheatstone-Brücke lautet wie folgt. Wenn R3 = Rpt100 ausgewählt ist, kann der durch den Leitungswiderstand verursachte Messfehler theoretisch beseitigt werden.
Vier. 2-, 3-, 4-Draht-Systemverdrahtungsmethode bei der Proportionalmethode nach Pt100
Das Wesentliche der Proportionalmethode besteht darin, Pt100 in Reihe mit einem Referenzwiderstand zu schalten und eine Anregungsquelle anzulegen. Da der durch Pt100 fließende Strom der gleiche ist wie der Strom des Referenzwiderstands, ist das Spannungsverhältnis der beiden das Widerstandsverhältnis. Die Spannung über dem Referenzwiderstand wird als Referenzspannung des AD-Wandlers verwendet, um die Spannung über dem Pt100 in AD umzuwandeln. Dann ist in der Formel D das ADC-Konvertierungsergebnis und N die ADC-Anzahl von Bits.
Da der durch Pt100 fließende Strom der gleiche ist wie der Strom des Referenzwiderstands, stellt diese Schaltung eine geringere Anforderung an die Anregungsquelle als die beiden obigen Strukturen. Aufgrund seiner einfachen Struktur, der wenigen Präzisionskomponenten und der hohen Messgenauigkeit wurde die Proportionalmessschaltung von immer mehr Menschen erkannt.
Die folgende Abbildung zeigt die Zweidraht-Pt100-Verbindungsmethode der Proportionalmethode. Wenn die Pt100-Leitung lang ist, wird offensichtlich ein großer Fehler eingeführt.
In dieser Schaltung kann der Zweidraht-Pt100 direkt durch den Vierdraht-Pt100 ersetzt werden, und die Vierdraht-Verbindungsmethode kann geändert werden, um den Leitungsfehler zu beseitigen.
2, 3, 4-Draht PT100 Temperatursensor
Der Wärmewiderstand (RTD) ist ein Temperatursensor mit hoher Präzision, der mit einem dünnen Draht auf einen Träger gewickelt wird und einen Widerstandswert aufweist, der von der Temperatur abweicht. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -200 ° C und + 850 ° C. Übliche RTD-Materialien sind Nickel, Kupfer, Platin usw., wobei der Wärmewiderstand von 100 Ohm (0 ° C) Platin am häufigsten ist. Aufgrund der sehr stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Platinmetall, weit verbreitet aufgrund wird Platin-Widerstands seiner hohen Präzision verwendet, Langzeitstabilität, gute Reproduzierbarkeit und schnelle Reaktion.
Die folgende Formel beschreibt die Temperatureigenschaften von Pt100. Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Temperatur- und Widerstandseigenschaften von Pt100 offensichtlich nichtlinear sind. Im Vergleich zu Thermoelementen und Thermistoren ist die Linearität von Pt100 jedoch viel besser, sodass die nichtlineare Korrektur einfacher ist. Frühe nichtlineare Korrekturen wurden meist durch komplexe analoge Schaltungen implementiert. Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie wird in Einzelanwendungen der Einzelchip-Mikrocomputer im Allgemeinen zur Tabellenprüfung und Interpolation auf nichtlinear korrektes Pt100 verwendet.
Da es sich bei dem Wärmewiderstand um ein passives Gerät handelt, muss er bei der Verwendung extern angeregt werden. Bei der Verwendung ist es notwendig, auf die Größe des Erregerstroms während der Verwendung zu achten. Übermäßiger Strom führt dazu, dass sich der Pt100 selbst erwärmt, was zu Messfehlern führt. Daher muss die Signalaufbereitungsschaltung während des Entwurfsprozesses sorgfältig gemäß den Messanforderungen ausgelegt werden, um sicherzustellen, dass der durch die Eigenerwärmung des Sensors verursachte Fehler in einem akzeptablen Bereich liegt.
Eins, Warum 3-Draht-System und 4-Draht-System verwenden
Weil der Temperaturkoeffizient von Pt100 nur 0,385 Ω / ° C beträgt. Wenn der Abstand zwischen Sensor und Steuerung groß ist und eine lange Leitung erforderlich ist, kann der Messfehler aufgrund des Leitungswiderstands schwerwiegend sein. Angenommen, ein Pt100 ist über ein 30 Meter langes Kupferkabel mit dem Controller verbunden. Der Widerstand des 30-Gauge-Kupferdrahtes beträgt 0,105 Ω / ft. Bei Verwendung der herkömmlichen Zweileitungs-Verbindungsmethode, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wird an der Leitung ein Gesamtwiderstand von 21 Ω erzeugt, was einem Messfehler von 55% entspricht!
Eins, Warum 3-Draht-System und 4-Draht-System verwenden
Weil der Temperaturkoeffizient von Pt100 nur 0,385 Ω / ° C beträgt. Wenn der Abstand zwischen Sensor und Steuerung groß ist und eine lange Leitung erforderlich ist, kann der Messfehler aufgrund des Leitungswiderstands schwerwiegend sein. Angenommen, ein Pt100 ist über ein 30 Meter langes Kupferkabel mit dem Controller verbunden. Der Widerstand des 30-Gauge-Kupferdrahtes beträgt 0,105 Ω / ft. Bei Verwendung der herkömmlichen Zweileitungs-Verbindungsmethode, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wird an der Leitung ein Gesamtwiderstand von 21 Ω erzeugt, was einem Messfehler von 55% entspricht!
Um dieses Problem zu lösen, verfügt der Pt100 zusätzlich zur Zweidraht-Verbindungsmethode über Drei- und Vierdraht-Verbindungsmethoden, um den durch den Leitungswiderstand verursachten Messfehler zu reduzieren oder sogar zu beseitigen.
zwei, 2-, 3-, 4-Draht-Anschlussverfahren zur Erregung einer Konstantstromquelle
Wie oben erwähnt, ist der Pt100 ein Widerstandstemperatursensor, dessen Art der Temperaturmessung tatsächlich den Widerstand des Sensors misst. Normalerweise wird der Widerstand zur Messung in Spannungs- oder Stromsignale umgewandelt und das Messergebnis durch den Einzelchip-Mikrocomputer linearisiert. Im allgemeinen Pt100 gibt es zwei Möglichkeiten zur Temperaturmessung:
1. Eine Konstantstromquelle dient zur Berechnung der Temperatur durch Messung der Spannung an Pt100 bis Pt100 Wärmewiderstand.
2. Bei einer Wheatstone-Brücke sind drei der vier Widerstände der Brücke konstant und der andere verwendet einen Pt100-Wärmewiderstand. Wenn sich der Widerstandswert von Pt100 ändert, erzeugt das Testende eine elektrische Heizdifferenz, und daher wird die elektrische Heizdifferenz zur Berechnung der Temperatur verwendet.
Es gibt auch eine Klasse von Meßmethoden „Proportional-Methode“ genannt, die als eine Verbesserung der ersten Art von Messverfahren zu erkennen sind, die später im Detail beschrieben werden.
Die Verbindungsmethode der Zweidraht-Konstantstromquellenanregung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Konstantstromquelle wird über Pt100 ausgegeben, und die Spannung über Pt100 wird gemessen, um in Temperatur umgewandelt zu werden. Wie bereits erwähnt, verursacht diese Verbindung einen großen Fehler, wenn die Pt100-Leitungen lang sind. Die praktischeren sind daher das Drei-Draht-System und das Vier-Draht-System.
Die Vierdraht-Verdrahtungsmethode (Kelvin-Verbindungsmethode) ist unten dargestellt. Die Anregungs- und Messenden des Pt100 werden jeweils von zwei verschiedenen Leitungssätzen herausgenommen. Da sich der Spannungsmesspunkt am Leitungsanschluss des Pt100 befindet, hat die Leitungsanregungsspannung keinen Einfluss auf das Messergebnis.
Die Vierdraht-Verdrahtungsmethode wird aufgrund ihrer hohen Präzision häufig bei der Labortemperaturmessung eingesetzt. Aufgrund von Faktoren wie Kosten und Verdrahtung Bequemlichkeit, der Drei-Draht-System wird auf breiterer Ebene in der industriellen Kontrollstellen eingesetzt.
Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Verdrahtungsverfahren für einen Dreidraht-Pt100, der von einer Konstantstromquelle angeregt wird. Das Grundprinzip besteht darin, anzunehmen, dass die drei Leitungen des Pt100 denselben Kabeltyp mit derselben Länge und demselben Widerstand verwenden. Das heißt, Rw1 = Rw2 = Rw3 in der folgenden Abbildung, wobei das Messende (Rw2-Leitung) verwendet wird, um den Leitungswiderstand zu kompensieren.
Insbesondere für das Verdrahtungsverfahren in der Figur ist die gleichphasige Eingangsspannung V + = Vpt100 + VRw3 des Operationsverstärkers A3 und die umgekehrte Eingangsspannung V- = VRw1 + Vpt100 + VRw3 des Operationsverstärkers A3. Basierend auf der Annahme von Rw1 = Rw2 = Rw3 gibt es Vrw1 = Vrw3. Der Ausgang des Operationsverstärkers A3 ist Vo = 2V + - V- = Vpt100. Das heißt, der Einfluss des Leitungswiderstands auf das Messergebnis wird theoretisch eliminiert.
Drittens die 2- 3-Draht-Verbindungsmethode der Wheatstone Bridge
Die Wheatstone Bridge ist eine weitere häufige Verbindung zum Pt100. Die Zweidraht-Verbindungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Wenn die Pt100-Leitung lang ist, wird offensichtlich ein großer Fehler eingeführt.
Die 3-Draht-Pt100-Wheatstone-Überbrückungsmethode ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Ausgabeformel für die Wheatstone-Brücke lautet wie folgt. Wenn R3 = Rpt100 ausgewählt ist, kann der durch den Leitungswiderstand verursachte Messfehler theoretisch beseitigt werden.
Vier. 2-, 3-, 4-Draht-Systemverdrahtungsmethode bei der Proportionalmethode nach Pt100
Das Wesentliche der Proportionalmethode besteht darin, Pt100 in Reihe mit einem Referenzwiderstand zu schalten und eine Anregungsquelle anzulegen. Da der durch Pt100 fließende Strom der gleiche ist wie der Strom des Referenzwiderstands, ist das Spannungsverhältnis der beiden das Widerstandsverhältnis. Die Spannung über dem Referenzwiderstand wird als Referenzspannung des AD-Wandlers verwendet, um die Spannung über dem Pt100 in AD umzuwandeln. Dann ist in der Formel D das ADC-Konvertierungsergebnis und N die ADC-Anzahl von Bits.
Da der durch Pt100 fließende Strom der gleiche ist wie der Strom des Referenzwiderstands, stellt diese Schaltung eine geringere Anforderung an die Anregungsquelle als die beiden obigen Strukturen. Aufgrund seiner einfachen Struktur, der wenigen Präzisionskomponenten und der hohen Messgenauigkeit wurde die Proportionalmessschaltung von immer mehr Menschen erkannt.
Die folgende Abbildung zeigt die Zweidraht-Pt100-Verbindungsmethode der Proportionalmethode. Wenn die Pt100-Leitung lang ist, wird offensichtlich ein großer Fehler eingeführt.
In dieser Schaltung kann der Zweidraht-Pt100 direkt durch den Vierdraht-Pt100 ersetzt werden, und die Vierdraht-Verbindungsmethode kann geändert werden, um den Leitungsfehler zu beseitigen.
Die folgende Abbildung zeigt die Proportionalmethode 3-Draht-Pt100-Verbindungsmethode, bei der zwei Konstantstromquellen mit gleichem Ausgang verwendet werden, um den Leitungswiderstand zu kompensieren.
