Entwerfen Sie die Schaltung des Pt100-Temperatursensors
Entwurf, Auswahl und Herstellung eines Pt100-Temperatursensors:
Der Pt100-Temperatursensor ist ein Sensor, der Temperaturgrößen in ein übertragbares normiertes Ausgangssignal umwandelt. Wird hauptsächlich zur Messung und Steuerung von Temperatur parametern in industriellen Prozessen verwendet. Ein Sender mit Sensor besteht in der Regel aus zwei Teilen: dem Sensor und dem Signalwandler. Sensoren sind hauptsächlich Thermoelemente oder Thermowiderstände. Der Signalwandler besteht im Wesentlichen aus einer Messeinheit, einer Signalverarbeitung und einer Umrechnung einheit (da industrielle Thermowiderstände und Thermoelement-Teilung messgeräte genormt sind, wird der Signalwandler auch als Sender bezeichnet, wenn es sich um ein eigenständiges Produkt handelt). Einige Sender verfügen über zusätzliche Anzeigeeinheiten und einige verfügen auch über Feldbus funktionen.
Die Temperatur ist einer der physikalischen Parameter in der Natur, mit denen der Mensch am meisten interagiert. Ob an Produktions- und Versuchsstandorten oder an Wohn- und Freizeitstandorten, die Temperaturerfassung oder -kontrolle ist sehr häufig und wichtig. Darüber hinaus sind die vernetzte Fernerfassung und Alarmierung von Temperaturen ein unvermeidlicher Trend in der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie. Da die Temperatur eng mit der physikalischen Größe selbst und dem tatsächlichen Leben der Menschen zusammenhängt, werden Temperatursensoren entsprechend hergestellt.
Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Widerstandsänderung des PT100-Thermowiderstands nutzten die Menschen diese Eigenschaft, um einen PT100-Thermowiderstands-Temperatursensor zu erfinden und herzustellen. Es handelt sich um einen intelligenten Sensor, der die Erfassung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit integriert. Der Temperaturerfassungsbereich kann von -200℃ bis +850℃ reichen, und der Feuchtigkeitserfassungsbereich reicht von 0 % bis 100 %.
Funktionsprinzip des PT100-Temperatursensor-Arbeitskreises
PT100 ist ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten. Apropos: Was ist ein positiver Temperaturkoeffizient? Es muss mit dem negativen Temperaturkoeffizienten kombiniert werden. Mit steigender Temperatur wird der Widerstandswert des Widerstands größer, also des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten. Wenn dagegen der Widerstandswert des Widerstands mit steigender Temperatur kleiner wird, handelt es sich um einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten.
Der Grund, warum PT100 weit verbreitet ist, ist nicht nur der große Temperaturbereich, den es messen kann (zig Grad unter Null bis Hunderte von Grad über Null), sondern auch seine sehr gute Linearität. „Linearität“ bedeutet, um es ganz klar auszudrücken, dass sich der Widerstandswert des Widerstands bei jeder Temperaturänderung um ein Grad im Wesentlichen um den gleichen Betrag erhöht. Auf diese Weise wird unser Verfahren erheblich vereinfacht.
Allerdings hat PT100 auch seine Nachteile, d. h. jedes Mal, wenn die Temperatur um ein Grad steigt, ist die Widerstandsänderung zu gering, nur 0,39 Ohm. Dies erfordert Hardware, die eine hochpräzise und rauscharme Wandlung ermöglicht.
Im Internet kursieren viele Schaltkreise, von denen viele nicht als Produkte genutzt werden können. Im Folgenden stelle ich Ihnen eine hochpräzise Schaltung zur Verfügung, deren Kosten zwar etwas hoch sind, die Qualität aber gut ist.
In Bezug auf Temperaturmessschaltungen gibt es tatsächlich viele Dinge, die es wert sind, untersucht zu werden. Kleine Schaltkreise haben große Weisheit. Können Sie beispielsweise auf den ersten Blick erkennen, dass diese Schaltung keine Temperaturen unter Null messen kann? Können Sie den Temperaturbereich berechnen, den dieser Schaltkreis von wie viel bis zu wie viel Grad messen kann? Können Sie diesen Schaltkreis so modifizieren, dass er den von Ihnen benötigten Temperaturbereich messen kann? Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn die invertierenden (-IN) und nichtinvertierenden (+IN) Leitungen vertauscht werden?
Werfen Sie einen Blick darauf. Wenn Sie glauben, dass die Schaltung einfach ist, können Sie alle oben genannten Fragen beantworten?
Schaltung erklärung:
Je einfacher die Schaltung, desto besser die Stabilität. Die vier Widerstände in dieser Schaltung müssen alle eine Genauigkeit von 0,1 % haben. Die Schaltung verwendet nur eine Brücke und einen Differenzverstärker. R2 R3 R4 und PT100 bilden eine Brückenschaltung, und REF3030 liefert eine Standardspannung von 3,00 V für die Brückenschaltung. AD623 verwendet einen 2K-Verstärkungs-Rückkopplung widerstand, um die Spannungsdifferenz der Brücke genau um das 51-fache zu verstärken. (Warum ist es 51 Mal? Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt von AD623.)
PT100-Verbindungsmethode:
Aufmerksame Freunde werden die Verbindungsmethode von PT100 studieren. PT100 verfügt im Allgemeinen über Zweileiter- und Dreileiter-Sensoren. Da der Draht selbst einen Widerstand haben muss und wie oben erwähnt, ändert sich der PT100 bei jeder Gradänderung nur um 0,39 Ohm. Wenn also der PT100-Draht sehr lang ist, ist der Widerstand größer. Verschiedene Drähte haben unterschiedliche Widerstände, was sich definitiv stark auf die Messergebnisse auswirkt. Sie können also jetzt verstehen, dass der Zweileiter-PT100 nur für Kurzstreckenanwendungen geeignet ist. Für Langstreckenanwendungen muss ein Dreileitersystem verwendet werden. Schauen wir uns an, wie das Dreileitersystem den Einfluss des Widerstands auf den Draht eliminiert. Vergiss es, lass uns im nächsten Artikel darüber reden. Es braucht ein paar Bilder, um das klar zu erklären. Es wird spät und ich bin zu faul zum Zeichnen.
Temperaturmessbereich:
Angenommen, es sind jetzt 0 Grad, dann beträgt der Widerstand von PT100 100 Ohm. In der Schaltung beträgt die Spannungsdifferenz über der Brücke 0 V, sodass sie am Ende auch 0 V beträgt. Mit anderen Worten: Wenn 0 V gemessen werden, sind es 0 Grad. Geht man davon aus, dass es jetzt minus 1 Grad ist, beträgt der Widerstand von PT100 weniger als 100 Ohm. Die Spannung in derselben Phase ist kleiner als die Spannung in der entgegengesetzten Phase und die resultierende Spannung beträgt immer 0 V, sodass dieser Schaltkreis nicht unter 0 Grad messen kann.
Die maximale Ausgangsspannung des AD623 beträgt 3,3 V, 3300/51 = 64,7 mV. Mit anderen Worten, die Spannungsdifferenz der Brücke kann maximal nur 64,7 mV betragen. Egal wie groß die Spannungsdifferenz ist, der maximale Ausgang des AD623 beträgt 3,3 V. Die Spannung des invertierenden Arms ist auf (3000/2100)*100=142,86 mV festgelegt, dann kann die maximale Spannung des nicht invertierenden Arms nur 142,86+64,7=207,56 mV betragen, und der entsprechende Widerstand von PT100 beträgt 207,56 /((3000-207,56)/ 2000)=148,66 Ohm.
Schauen Sie dann in der Tabelle nach und Sie können sehen, dass der maximale Temperaturmesspunkt bei fast 127 Grad liegt. Daher beträgt der Temperaturmessbereich dieser Schaltung 0 bis 127 Grad.
Der Pt100-Temperatursensor ist ein Sensor, der Temperaturgrößen in ein übertragbares normiertes Ausgangssignal umwandelt. Wird hauptsächlich zur Messung und Steuerung von Temperatur parametern in industriellen Prozessen verwendet. Ein Sender mit Sensor besteht in der Regel aus zwei Teilen: dem Sensor und dem Signalwandler. Sensoren sind hauptsächlich Thermoelemente oder Thermowiderstände. Der Signalwandler besteht im Wesentlichen aus einer Messeinheit, einer Signalverarbeitung und einer Umrechnung einheit (da industrielle Thermowiderstände und Thermoelement-Teilung messgeräte genormt sind, wird der Signalwandler auch als Sender bezeichnet, wenn es sich um ein eigenständiges Produkt handelt). Einige Sender verfügen über zusätzliche Anzeigeeinheiten und einige verfügen auch über Feldbus funktionen.
Die Temperatur ist einer der physikalischen Parameter in der Natur, mit denen der Mensch am meisten interagiert. Ob an Produktions- und Versuchsstandorten oder an Wohn- und Freizeitstandorten, die Temperaturerfassung oder -kontrolle ist sehr häufig und wichtig. Darüber hinaus sind die vernetzte Fernerfassung und Alarmierung von Temperaturen ein unvermeidlicher Trend in der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie. Da die Temperatur eng mit der physikalischen Größe selbst und dem tatsächlichen Leben der Menschen zusammenhängt, werden Temperatursensoren entsprechend hergestellt.
Aufgrund des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Widerstandsänderung des PT100-Thermowiderstands nutzten die Menschen diese Eigenschaft, um einen PT100-Thermowiderstands-Temperatursensor zu erfinden und herzustellen. Es handelt sich um einen intelligenten Sensor, der die Erfassung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit integriert. Der Temperaturerfassungsbereich kann von -200℃ bis +850℃ reichen, und der Feuchtigkeitserfassungsbereich reicht von 0 % bis 100 %.
PT100 ist ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten. Apropos: Was ist ein positiver Temperaturkoeffizient? Es muss mit dem negativen Temperaturkoeffizienten kombiniert werden. Mit steigender Temperatur wird der Widerstandswert des Widerstands größer, also des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten. Wenn dagegen der Widerstandswert des Widerstands mit steigender Temperatur kleiner wird, handelt es sich um einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten.
Der Grund, warum PT100 weit verbreitet ist, ist nicht nur der große Temperaturbereich, den es messen kann (zig Grad unter Null bis Hunderte von Grad über Null), sondern auch seine sehr gute Linearität. „Linearität“ bedeutet, um es ganz klar auszudrücken, dass sich der Widerstandswert des Widerstands bei jeder Temperaturänderung um ein Grad im Wesentlichen um den gleichen Betrag erhöht. Auf diese Weise wird unser Verfahren erheblich vereinfacht.
Allerdings hat PT100 auch seine Nachteile, d. h. jedes Mal, wenn die Temperatur um ein Grad steigt, ist die Widerstandsänderung zu gering, nur 0,39 Ohm. Dies erfordert Hardware, die eine hochpräzise und rauscharme Wandlung ermöglicht.
Im Internet kursieren viele Schaltkreise, von denen viele nicht als Produkte genutzt werden können. Im Folgenden stelle ich Ihnen eine hochpräzise Schaltung zur Verfügung, deren Kosten zwar etwas hoch sind, die Qualität aber gut ist.
In Bezug auf Temperaturmessschaltungen gibt es tatsächlich viele Dinge, die es wert sind, untersucht zu werden. Kleine Schaltkreise haben große Weisheit. Können Sie beispielsweise auf den ersten Blick erkennen, dass diese Schaltung keine Temperaturen unter Null messen kann? Können Sie den Temperaturbereich berechnen, den dieser Schaltkreis von wie viel bis zu wie viel Grad messen kann? Können Sie diesen Schaltkreis so modifizieren, dass er den von Ihnen benötigten Temperaturbereich messen kann? Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn die invertierenden (-IN) und nichtinvertierenden (+IN) Leitungen vertauscht werden?
Werfen Sie einen Blick darauf. Wenn Sie glauben, dass die Schaltung einfach ist, können Sie alle oben genannten Fragen beantworten?
Schaltung erklärung:
Je einfacher die Schaltung, desto besser die Stabilität. Die vier Widerstände in dieser Schaltung müssen alle eine Genauigkeit von 0,1 % haben. Die Schaltung verwendet nur eine Brücke und einen Differenzverstärker. R2 R3 R4 und PT100 bilden eine Brückenschaltung, und REF3030 liefert eine Standardspannung von 3,00 V für die Brückenschaltung. AD623 verwendet einen 2K-Verstärkungs-Rückkopplung widerstand, um die Spannungsdifferenz der Brücke genau um das 51-fache zu verstärken. (Warum ist es 51 Mal? Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt von AD623.)
PT100-Verbindungsmethode:
Aufmerksame Freunde werden die Verbindungsmethode von PT100 studieren. PT100 verfügt im Allgemeinen über Zweileiter- und Dreileiter-Sensoren. Da der Draht selbst einen Widerstand haben muss und wie oben erwähnt, ändert sich der PT100 bei jeder Gradänderung nur um 0,39 Ohm. Wenn also der PT100-Draht sehr lang ist, ist der Widerstand größer. Verschiedene Drähte haben unterschiedliche Widerstände, was sich definitiv stark auf die Messergebnisse auswirkt. Sie können also jetzt verstehen, dass der Zweileiter-PT100 nur für Kurzstreckenanwendungen geeignet ist. Für Langstreckenanwendungen muss ein Dreileitersystem verwendet werden. Schauen wir uns an, wie das Dreileitersystem den Einfluss des Widerstands auf den Draht eliminiert. Vergiss es, lass uns im nächsten Artikel darüber reden. Es braucht ein paar Bilder, um das klar zu erklären. Es wird spät und ich bin zu faul zum Zeichnen.
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| 3-Kabel-PT100-Sensor schaltung | Verkabelung methode für die Temperaturregelung von PT100 |
Temperaturmessbereich:
Angenommen, es sind jetzt 0 Grad, dann beträgt der Widerstand von PT100 100 Ohm. In der Schaltung beträgt die Spannungsdifferenz über der Brücke 0 V, sodass sie am Ende auch 0 V beträgt. Mit anderen Worten: Wenn 0 V gemessen werden, sind es 0 Grad. Geht man davon aus, dass es jetzt minus 1 Grad ist, beträgt der Widerstand von PT100 weniger als 100 Ohm. Die Spannung in derselben Phase ist kleiner als die Spannung in der entgegengesetzten Phase und die resultierende Spannung beträgt immer 0 V, sodass dieser Schaltkreis nicht unter 0 Grad messen kann.
Die maximale Ausgangsspannung des AD623 beträgt 3,3 V, 3300/51 = 64,7 mV. Mit anderen Worten, die Spannungsdifferenz der Brücke kann maximal nur 64,7 mV betragen. Egal wie groß die Spannungsdifferenz ist, der maximale Ausgang des AD623 beträgt 3,3 V. Die Spannung des invertierenden Arms ist auf (3000/2100)*100=142,86 mV festgelegt, dann kann die maximale Spannung des nicht invertierenden Arms nur 142,86+64,7=207,56 mV betragen, und der entsprechende Widerstand von PT100 beträgt 207,56 /((3000-207,56)/ 2000)=148,66 Ohm.
Schauen Sie dann in der Tabelle nach und Sie können sehen, dass der maximale Temperaturmesspunkt bei fast 127 Grad liegt. Daher beträgt der Temperaturmessbereich dieser Schaltung 0 bis 127 Grad.
