Linearisierungs verarbeitung des Pt1000-Signals des WZP-Platin-Widerstands temperatur sensors
Der Platin-Widerstandstemperatursensor Pt1000 vom Typ WZP ist ein Gerät, das temperatur- und temperaturbezogene Parameter erfasst, indem die Eigenschaften der elektromagnetischen Parameter der Komponenten als Funktion der Temperatur verwendet werden. Aufgrund seiner relativ guten Linearität, starken Oxidationsbeständigkeit und seines weiten Temperaturbereichs liegt sein Temperaturbereich zwischen -200 ° C und + 650 ° C. Er wird in der industriellen Produktion und in der wissenschaftlichen Forschung weit verbreitet eingesetzt. Die Signalverarbeitungsschaltung des Sensorprodukts muss die Umwandlung des temperaturabhängigen Widerstandsänderungssignals in ein gleichförmiges Spannungssignal abschließen.
1. Pt1000 Ausgangskennlinie
Setzen Sie das Pt1000 in die Experimentierbox für hohe und niedrige Temperaturen ein, stellen Sie die Temperatur auf -30 ° C ~ +70 ° C ein und messen Sie den Widerstandswert des Temperatursensorprodukts bei verschiedenen Temperaturen. Die gemessenen Daten sind in Abbildung 1 dargestellt. Im gemessenen Temperaturbereich ist der Pt1000-Ausgangswiderstand proportional zur Temperatur. Unter Hochtemperatur- und Niedertemperaturbedingungen gibt es jedoch eine gewisse Abweichung, und im Konditionierungskreis ist eine Temperaturkompensation erforderlich.
Abbildung 1. Pt1000-Ausgangskennlinie
2. Grundlegende Konstantstromquellenschaltung
Die Signalverarbeitungsschaltung von Platinwiderstandstemperatursensorprodukten kann eine Konstantspannungsquelle oder eine Konstantstromquelle verwenden. Durch das Studium der Konstantspannungsquelle wird festgestellt, dass es Probleme wie Instabilität und geringe Präzision bei praktischen Anwendungen gibt. Der Grund ist, dass im Konstantspannungsbetrieb zusätzlich zu dem nichtlinearen Fehler des Platinwiderstands selbst der inhärente Fehler der Konstantspannungsarbeitsschaltung erzeugt wird, so dass der systematische Fehler der gesamten Schaltung groß wird. In diesem Artikel wird daher eine Konstantstromquellenmethode verwendet. Die grundlegende Konstantstromquellenschaltung ist in Abbildung 2 dargestellt. Ersetzen Sie den Rf-Wert des invertierenden Verstärkers durch einen Platinwiderstand RT, der nach der Formel des invertierenden Verstärkers erhalten werden kann:
Abbildung 2. Schaltplan der Konstantstromquelle
Prinzipschaltbild der Konstantstromquelle
3. Temperaturverarbeitungskreis mit In-Phase-Eingang
Die ideale Temperaturerfassungsschaltung hat eine Ausgangsspannung von 0 V bei 0 ° C und RT = 1 000,8 Ω in 1, und das durch Ersetzen von Gleichung (1) erhaltene Vo ist nicht 0, so dass die Spannung auf Null gesetzt werden muss. Das Verfahren wird implementiert, indem dem nicht invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers in 2 eine Eingangsspannung hinzugefügt wird, wie in 3 gezeigt.
Solange k auf den entsprechenden Wert eingestellt werden kann, kann das Signal auf Null gesetzt werden. Da es sich jedoch nur um eine theoretische Berechnung handelt, ist der tatsächliche Operationsverstärker nicht ideal, und der Widerstand entspricht aufgrund des Einflusses von Temperatur und dergleichen nicht vollständig dem Nennwiderstand. Daher sind die Größen von R2 und R3 nicht festgelegt, und in der Praxis wird ein variabler Widerstand zur Feineinstellung verwendet.
Durch die Einstellung der nicht invertierenden Eingangsspannung nimmt die Ausgangsspannung auch bei steigender Temperatur ab. Um die lineare Ausgabe des Signals von -300 bis 700 mV bei -30 ° C bis +70 ° C sicherzustellen, wird daher nach dem Nullsetzen eine Verstärkerschaltung verwendet. Stellen Sie den Vergrößerungsfaktor ein. Wie in Abbildung 4 gezeigt.
Fig. 4 zeigt die invertierende Verstärkerschaltung. Sie kann nicht nur den Verstärkungseffekt von A = R5 / R4 realisieren, sondern auch die durch den Operationsverstärker der vorherigen Stufe invertierte Spannung Vo1 umkehren. Erfüllen Sie die erforderliche positive Phasenspannung.
4. Linearisierungs ergänzende Verarbeitung
Die Beziehung nach dem Operationsverstärker 1 ist in Gleichung (2) gezeigt. Nach der linearen Verstärkung des Operationsverstärkers 2 ist Vo proportional zu Vi, wenn RT sicher ist. Um also linear zu bleiben, ist Vi am besten ein fester Wert, andernfalls gibt es zwei Funktionswerte von Vi und RT in Vo-Funktionsbeziehung, was nicht möglich ist Temperatur genau messen. Der vom Design vorgegebene Spannungsschwankungsbereich beträgt (+ 10% VCC) und RT ist auf eine bestimmte Temperatur festgelegt. Dann hat die endgültige Vo auch eine Fluktuation (+ 10%). Unter Verwendung der einheitlichen R-T-Beziehung zur Beurteilung wird der Temperaturfehler im Messbereich (+ 10%), der nicht toleriert werden kann. Die Schaltung muss einen zuverlässigen, hochpräzisen Spannungsregler haben. Daher kann im tatsächlichen Betrieb der Schaltung die hochgenaue Spannungsreferenz MAX6025 verwendet werden, um Komponenten und Schaltungen mit einer hochgenauen Spannungsreferenz zu versorgen.
Aufgrund der Beziehung zwischen dem Pt1000-Platinwiderstandswert R und der Temperatur T weist der Pt1000 im Messtemperaturbereich eine hohe Empfindlichkeit von 3,786 bis 59 Ω / ° C auf, so dass nur ein Allzweck-Operationsverstärker erforderlich ist. Wenn der Temperaturkoeffizient des verwendeten Widerstands übereinstimmt, kann der nichtlineare Fehler ignoriert werden.
5. Verarbeitungs schaltung für das Ist-Temperaturerfassungs signal
Die eigentliche Temperaturerfassungssignal-Verarbeitungsschaltung ist in Fig. 5 gezeigt. Der Kondensator C im Schaltbild ist der Rauschreduzierungskondensator. Der tatsächliche Wert beträgt 1μF. Die 2,5-V-Spannungsreferenz wird vom MAX6025 bereitgestellt. Entsprechend den in der Abbildung angegebenen Parametern muss der tatsächliche Temperaturtest vor dem Ausführen zunächst auf Null gestellt und vollständig eingestellt werden. Verwenden Sie einen präzise einstellbaren Widerstand anstelle von Pt1000, um die Schaltung anzuschließen, ändern Sie den Widerstand auf den Ersatzwiderstand von 0 000,8 Ω bei 0 ° C und stellen Sie den variablen Widerstand R5 so ein, dass die Ausgangsspannung 0 beträgt. Ändern Sie dann die Präzision einstellbar Widerstandswert auf 1 265,8 Ω bei 70 ° C, verstellen Sie den variablen Widerstand R6 und stellen Sie den Ausgang auf 700 mV, schließen Sie den Nullpunktabgleich und den vollständigen Abgleich ab. Die Schaltung wurde experimentell getestet, um einen guten Temperaturfühleffekt zu erzielen.
1. Pt1000 Ausgangskennlinie
Setzen Sie das Pt1000 in die Experimentierbox für hohe und niedrige Temperaturen ein, stellen Sie die Temperatur auf -30 ° C ~ +70 ° C ein und messen Sie den Widerstandswert des Temperatursensorprodukts bei verschiedenen Temperaturen. Die gemessenen Daten sind in Abbildung 1 dargestellt. Im gemessenen Temperaturbereich ist der Pt1000-Ausgangswiderstand proportional zur Temperatur. Unter Hochtemperatur- und Niedertemperaturbedingungen gibt es jedoch eine gewisse Abweichung, und im Konditionierungskreis ist eine Temperaturkompensation erforderlich.
Abbildung 1. Pt1000-Ausgangskennlinie
Die Signalverarbeitungsschaltung von Platinwiderstandstemperatursensorprodukten kann eine Konstantspannungsquelle oder eine Konstantstromquelle verwenden. Durch das Studium der Konstantspannungsquelle wird festgestellt, dass es Probleme wie Instabilität und geringe Präzision bei praktischen Anwendungen gibt. Der Grund ist, dass im Konstantspannungsbetrieb zusätzlich zu dem nichtlinearen Fehler des Platinwiderstands selbst der inhärente Fehler der Konstantspannungsarbeitsschaltung erzeugt wird, so dass der systematische Fehler der gesamten Schaltung groß wird. In diesem Artikel wird daher eine Konstantstromquellenmethode verwendet. Die grundlegende Konstantstromquellenschaltung ist in Abbildung 2 dargestellt. Ersetzen Sie den Rf-Wert des invertierenden Verstärkers durch einen Platinwiderstand RT, der nach der Formel des invertierenden Verstärkers erhalten werden kann:
Abbildung 2. Schaltplan der Konstantstromquelle
Vi, nachdem R1 festgelegt ist, ist der durch RT fließende Strom konstant und Vo ist proportional zu RT. Aus der Änderung von RT kann die entsprechende Spannungsänderung erhalten werden, wodurch eine Spannungsausgabe erreicht wird und die Linearität unverändert bleibt.
Prinzipschaltbild der Konstantstromquelle
Die ideale Temperaturerfassungsschaltung hat eine Ausgangsspannung von 0 V bei 0 ° C und RT = 1 000,8 Ω in 1, und das durch Ersetzen von Gleichung (1) erhaltene Vo ist nicht 0, so dass die Spannung auf Null gesetzt werden muss. Das Verfahren wird implementiert, indem dem nicht invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers in 2 eine Eingangsspannung hinzugefügt wird, wie in 3 gezeigt.
Solange k auf den entsprechenden Wert eingestellt werden kann, kann das Signal auf Null gesetzt werden. Da es sich jedoch nur um eine theoretische Berechnung handelt, ist der tatsächliche Operationsverstärker nicht ideal, und der Widerstand entspricht aufgrund des Einflusses von Temperatur und dergleichen nicht vollständig dem Nennwiderstand. Daher sind die Größen von R2 und R3 nicht festgelegt, und in der Praxis wird ein variabler Widerstand zur Feineinstellung verwendet.
Durch die Einstellung der nicht invertierenden Eingangsspannung nimmt die Ausgangsspannung auch bei steigender Temperatur ab. Um die lineare Ausgabe des Signals von -300 bis 700 mV bei -30 ° C bis +70 ° C sicherzustellen, wird daher nach dem Nullsetzen eine Verstärkerschaltung verwendet. Stellen Sie den Vergrößerungsfaktor ein. Wie in Abbildung 4 gezeigt.
Fig. 4 zeigt die invertierende Verstärkerschaltung. Sie kann nicht nur den Verstärkungseffekt von A = R5 / R4 realisieren, sondern auch die durch den Operationsverstärker der vorherigen Stufe invertierte Spannung Vo1 umkehren. Erfüllen Sie die erforderliche positive Phasenspannung.
4. Linearisierungs ergänzende Verarbeitung
Die Beziehung nach dem Operationsverstärker 1 ist in Gleichung (2) gezeigt. Nach der linearen Verstärkung des Operationsverstärkers 2 ist Vo proportional zu Vi, wenn RT sicher ist. Um also linear zu bleiben, ist Vi am besten ein fester Wert, andernfalls gibt es zwei Funktionswerte von Vi und RT in Vo-Funktionsbeziehung, was nicht möglich ist Temperatur genau messen. Der vom Design vorgegebene Spannungsschwankungsbereich beträgt (+ 10% VCC) und RT ist auf eine bestimmte Temperatur festgelegt. Dann hat die endgültige Vo auch eine Fluktuation (+ 10%). Unter Verwendung der einheitlichen R-T-Beziehung zur Beurteilung wird der Temperaturfehler im Messbereich (+ 10%), der nicht toleriert werden kann. Die Schaltung muss einen zuverlässigen, hochpräzisen Spannungsregler haben. Daher kann im tatsächlichen Betrieb der Schaltung die hochgenaue Spannungsreferenz MAX6025 verwendet werden, um Komponenten und Schaltungen mit einer hochgenauen Spannungsreferenz zu versorgen.
Aufgrund der Beziehung zwischen dem Pt1000-Platinwiderstandswert R und der Temperatur T weist der Pt1000 im Messtemperaturbereich eine hohe Empfindlichkeit von 3,786 bis 59 Ω / ° C auf, so dass nur ein Allzweck-Operationsverstärker erforderlich ist. Wenn der Temperaturkoeffizient des verwendeten Widerstands übereinstimmt, kann der nichtlineare Fehler ignoriert werden.
5. Verarbeitungs schaltung für das Ist-Temperaturerfassungs signal
Die eigentliche Temperaturerfassungssignal-Verarbeitungsschaltung ist in Fig. 5 gezeigt. Der Kondensator C im Schaltbild ist der Rauschreduzierungskondensator. Der tatsächliche Wert beträgt 1μF. Die 2,5-V-Spannungsreferenz wird vom MAX6025 bereitgestellt. Entsprechend den in der Abbildung angegebenen Parametern muss der tatsächliche Temperaturtest vor dem Ausführen zunächst auf Null gestellt und vollständig eingestellt werden. Verwenden Sie einen präzise einstellbaren Widerstand anstelle von Pt1000, um die Schaltung anzuschließen, ändern Sie den Widerstand auf den Ersatzwiderstand von 0 000,8 Ω bei 0 ° C und stellen Sie den variablen Widerstand R5 so ein, dass die Ausgangsspannung 0 beträgt. Ändern Sie dann die Präzision einstellbar Widerstandswert auf 1 265,8 Ω bei 70 ° C, verstellen Sie den variablen Widerstand R6 und stellen Sie den Ausgang auf 700 mV, schließen Sie den Nullpunktabgleich und den vollständigen Abgleich ab. Die Schaltung wurde experimentell getestet, um einen guten Temperaturfühleffekt zu erzielen.
