Entwurf einer Signalaufbereitung Schaltung für verschiedene Temperatursensoren
In Abbildung 2 ist R11 ein Abtastwiderstand mit einem Widerstand von 10 kΩ und einer Genauigkeit von 1 ‰. Der Ausgangsstrom des Sensorprodukts beträgt 273,15 μA bei 0 ° C und die Spannung am Widerstand beträgt 2,731 5 V; Der Ausgangsstrom des Sensorprodukts beträgt 373,15 μA bei 100 ° C und die Spannung am Widerstand beträgt 3,731 5 V; Da der Ausgang des Sensorprodukts bei einer Temperatur von 0 ° C nicht 0 ist, sollte die Nullspannung vor der Verstärkung abgezogen werden. Die Spannungskonstante ist in der Figur VRef gezeigt, die durch Teilen der 9 V durch das Potentiometer RW11 erhalten wird, und die Größe beträgt 2,731 5 V; Die Eingangsdifferenzspannung des Operationsverstärkers (Vin-VRef) beträgt 0 V bei 0 ° C. In der Abbildung ist U1 der Instrumentenverstärker. AD623 ist ausgewählt, Einzelversorgungsnetzteil, Verstärkung 1 ~ 1 000, seine Struktur ist in Abbildung 3 dargestellt. Stellen Sie einfach einen Widerstand RG ein, um die Verstärkung zu ändern, Vo = (1 + 100 kΩ / RG) (V + ~ V-) kann der Referenzpegel des Ausgangssignals innerhalb eines bestimmten Bereichs beliebig angegeben werden (unter Verwendung des 5-poligen REF-Anschlusses).
Der Operationsverstärker-Eingangsspannung Vin Bereich ist 2.731 5-3,731 5 V, minus 0 auf 1 V nach der Referenz (peak-to-peak 1 V). und die Ausgangsspannung muss nach der Verstärkung 1 bis 5 V (Spitze-Spitze-Wert 4 V) betragen. Daher hat der Verstärker eine Vergrößerung von vier. Stellen Sie den Widerstand RG zwischen 1 und 8 ein (R12 und RW12 in Abbildung 2), um die Vergrößerung zu ändern. Der 5-polige Operationsverstärker gibt eine Spannungsreferenz von 1 V ein, dh der Operationsverstärkereingang ist 0 V (Vin ~ VRef) bei 0 ° C, der Ausgang ist 1 V (gegen Masse) und 5 V werden bei 100 V ausgegeben Der Kondensator in Abbildung 2 ist ein Entkopplungskondensator oder Filterkondensator mit einer Größe von 0,1 μF.
2.3 PT1000 Konditionierung Kreislauf Wärme
Der auf dem Markt erhältliche PT1000 verfügt über ein Zweileitersystem, ein Dreileitersystem und ein Vierleitersystem gemäß der Verdrahtungsform. Das Vierleitersystem hat die höchste Genauigkeit, das Zweileitersystem die niedrigste und das Dreileitersystem liegt irgendwo dazwischen. In Anbetracht der Genauigkeitsanforderungen und der Komplexität der Verbindung wird das Dreileitersystem und das Dreileitersystem übernommen. Diese Verdrahtungsmethode beseitigt die durch den Drahtwiderstand verursachte Ungenauigkeit des Nullpunkts.
Der Drei-Draht-PT1000 hat eine Steckdose an einem Ende und zwei Steckdosen am anderen Ende. Die Verbindung ist in Abbildung 4 dargestellt. In der Abbildung ist die blaue Leitung mit der Stromversorgung verbunden, die rote Leitung und der PT1000 bilden einen Brückenarm der Brücke, und die grüne Linie WR41 und R43 bilden den anderen Brückenarm. In beide Brückenarme werden fast gleich lange Drähte (grüne und rote Linie) eingeführt. Wenn sich die Temperatur ändert, erhöhen oder verringern sich gleichzeitig die Leitungswiderstände der beiden Brückenarme, und der Nullpunkt der Brücke wird nicht beeinflusst, was die Genauigkeit verbessert.
In 4 ist WR41 ein Nullpotentiometer; Der Ausgang der Brücke ist direkt mit dem Operationsverstärker AD623 verbunden. Die Methode zum Anschließen und Einstellen der Verstärkung ist dieselbe wie im vorherigen Abschnitt und wird hier nicht beschrieben. Beim Debuggen wird der PT1000 durch eine Widerstandsbox realisiert, und der Widerstandswert wird durch die Indextabelle erhalten.
2.4 galvanischer Konditionierungskreis
Das Grundprinzip der Thermoelement-Temperaturmessung besteht darin, dass zwei Arten von Leitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen einen geschlossenen Kreislauf bilden. Wenn an beiden Enden ein Temperaturgradient vorliegt, fließt Strom durch die Schleife. Zu diesem Zeitpunkt gibt es eine elektromotorische Kraft zwischen den beiden Enden - die thermoelektromotorische Kraft. Das Ende mit der höheren Temperatur ist das Arbeitsende, das Ende mit der niedrigeren Temperatur ist das kalte Ende (freies Ende) und die Kälte hat normalerweise eine konstante Temperatur. Wenn sich die Temperatur am kalten Ende während der Messung ändert, wird die Genauigkeit der Messung ernsthaft beeinträchtigt. Daher werden bestimmte Maßnahmen ergriffen, um den Effekt der Temperaturänderung der Vergleichsstelle zu kompensieren, die als Vergleichsstellenkompensation des Thermoelements bezeichnet wird.
Diese Konstruktion verwendet die PN-Sperrschichttemperaturkennlinien des Transistors für die Vergleichsstellenkompensation, die Vergleichsstellenkompensationsschaltung und die Thermoelementreihe, wie in 5 gezeigt. In der Figur ist T ein Thermoelement, das andere ist eine Vergleichsschaltkompensationsschaltung, der Transistor verwendet einen Transistor 9012, und seine Spannungstemperaturänderungsrate beträgt ungefähr -2,1 mV / ° C, und drei Widerstände, ein Potentiometer und eine PNP-Triode bilden eine Brücke. Wenn die Temperatur der Vergleichsstelle ansteigt, nimmt der Spannungsabfall der PN-Verbindung ab, das Potential des WR81-Schiebereglers nimmt ab, das Zwischenpotential von WR82 und R83 ändert sich nicht und der Ausgang der Brücke nimmt zu. Dies kompensiert die Temperaturdrift der Vergleichsstelle des Thermoelements. Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Temperatur gesenkt wird. Der Ausgang der Schaltung ist direkt mit dem Eingang des Operationsverstärkers AD623 verbunden.
3 Fazit
Das Papier befasst sich mit verschiedenen Arten von Temperatursensorprodukten (ADS90-, PT1000- und K-Thermoelemente). Die Leistungsschaltung, die Signalumwandlungsschaltung und die Verstärkungs- und Aufwärtsschaltung sind so ausgelegt, dass der Ausgang verschiedener Sensorprodukte ein einheitliches Standardsignal von 1 bis 5 V erreicht; Das Thermoelement AD590 und PT1000 wurden im Labor mit hochpräziser Spannung, Stromquelle und Widerstandsbox simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die relative Genauigkeit des Konditionierungskreises 0,1 erreichen kann und die Unsicherheit von 0,5% nach dem Anschließen des Sensors erreicht werden kann; Ein Gewicht von 55 g erreichte das gewünschte Ergebnis.
Der Operationsverstärker-Eingangsspannung Vin Bereich ist 2.731 5-3,731 5 V, minus 0 auf 1 V nach der Referenz (peak-to-peak 1 V). und die Ausgangsspannung muss nach der Verstärkung 1 bis 5 V (Spitze-Spitze-Wert 4 V) betragen. Daher hat der Verstärker eine Vergrößerung von vier. Stellen Sie den Widerstand RG zwischen 1 und 8 ein (R12 und RW12 in Abbildung 2), um die Vergrößerung zu ändern. Der 5-polige Operationsverstärker gibt eine Spannungsreferenz von 1 V ein, dh der Operationsverstärkereingang ist 0 V (Vin ~ VRef) bei 0 ° C, der Ausgang ist 1 V (gegen Masse) und 5 V werden bei 100 V ausgegeben Der Kondensator in Abbildung 2 ist ein Entkopplungskondensator oder Filterkondensator mit einer Größe von 0,1 μF.
2.3 PT1000 Konditionierung Kreislauf Wärme
Der auf dem Markt erhältliche PT1000 verfügt über ein Zweileitersystem, ein Dreileitersystem und ein Vierleitersystem gemäß der Verdrahtungsform. Das Vierleitersystem hat die höchste Genauigkeit, das Zweileitersystem die niedrigste und das Dreileitersystem liegt irgendwo dazwischen. In Anbetracht der Genauigkeitsanforderungen und der Komplexität der Verbindung wird das Dreileitersystem und das Dreileitersystem übernommen. Diese Verdrahtungsmethode beseitigt die durch den Drahtwiderstand verursachte Ungenauigkeit des Nullpunkts.
Der Drei-Draht-PT1000 hat eine Steckdose an einem Ende und zwei Steckdosen am anderen Ende. Die Verbindung ist in Abbildung 4 dargestellt. In der Abbildung ist die blaue Leitung mit der Stromversorgung verbunden, die rote Leitung und der PT1000 bilden einen Brückenarm der Brücke, und die grüne Linie WR41 und R43 bilden den anderen Brückenarm. In beide Brückenarme werden fast gleich lange Drähte (grüne und rote Linie) eingeführt. Wenn sich die Temperatur ändert, erhöhen oder verringern sich gleichzeitig die Leitungswiderstände der beiden Brückenarme, und der Nullpunkt der Brücke wird nicht beeinflusst, was die Genauigkeit verbessert.
In 4 ist WR41 ein Nullpotentiometer; Der Ausgang der Brücke ist direkt mit dem Operationsverstärker AD623 verbunden. Die Methode zum Anschließen und Einstellen der Verstärkung ist dieselbe wie im vorherigen Abschnitt und wird hier nicht beschrieben. Beim Debuggen wird der PT1000 durch eine Widerstandsbox realisiert, und der Widerstandswert wird durch die Indextabelle erhalten.
2.4 galvanischer Konditionierungskreis
Das Grundprinzip der Thermoelement-Temperaturmessung besteht darin, dass zwei Arten von Leitern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen einen geschlossenen Kreislauf bilden. Wenn an beiden Enden ein Temperaturgradient vorliegt, fließt Strom durch die Schleife. Zu diesem Zeitpunkt gibt es eine elektromotorische Kraft zwischen den beiden Enden - die thermoelektromotorische Kraft. Das Ende mit der höheren Temperatur ist das Arbeitsende, das Ende mit der niedrigeren Temperatur ist das kalte Ende (freies Ende) und die Kälte hat normalerweise eine konstante Temperatur. Wenn sich die Temperatur am kalten Ende während der Messung ändert, wird die Genauigkeit der Messung ernsthaft beeinträchtigt. Daher werden bestimmte Maßnahmen ergriffen, um den Effekt der Temperaturänderung der Vergleichsstelle zu kompensieren, die als Vergleichsstellenkompensation des Thermoelements bezeichnet wird.
Diese Konstruktion verwendet die PN-Sperrschichttemperaturkennlinien des Transistors für die Vergleichsstellenkompensation, die Vergleichsstellenkompensationsschaltung und die Thermoelementreihe, wie in 5 gezeigt. In der Figur ist T ein Thermoelement, das andere ist eine Vergleichsschaltkompensationsschaltung, der Transistor verwendet einen Transistor 9012, und seine Spannungstemperaturänderungsrate beträgt ungefähr -2,1 mV / ° C, und drei Widerstände, ein Potentiometer und eine PNP-Triode bilden eine Brücke. Wenn die Temperatur der Vergleichsstelle ansteigt, nimmt der Spannungsabfall der PN-Verbindung ab, das Potential des WR81-Schiebereglers nimmt ab, das Zwischenpotential von WR82 und R83 ändert sich nicht und der Ausgang der Brücke nimmt zu. Dies kompensiert die Temperaturdrift der Vergleichsstelle des Thermoelements. Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Temperatur gesenkt wird. Der Ausgang der Schaltung ist direkt mit dem Eingang des Operationsverstärkers AD623 verbunden.
3 Fazit
Das Papier befasst sich mit verschiedenen Arten von Temperatursensorprodukten (ADS90-, PT1000- und K-Thermoelemente). Die Leistungsschaltung, die Signalumwandlungsschaltung und die Verstärkungs- und Aufwärtsschaltung sind so ausgelegt, dass der Ausgang verschiedener Sensorprodukte ein einheitliches Standardsignal von 1 bis 5 V erreicht; Das Thermoelement AD590 und PT1000 wurden im Labor mit hochpräziser Spannung, Stromquelle und Widerstandsbox simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die relative Genauigkeit des Konditionierungskreises 0,1 erreichen kann und die Unsicherheit von 0,5% nach dem Anschließen des Sensors erreicht werden kann; Ein Gewicht von 55 g erreichte das gewünschte Ergebnis.
