Diseno de circuito de acondicionamiento de senal para diversos sensores de temperatura
En la Figura 2, R11 es una resistencia de muestreo con una resistencia de 10 kΩ y una precisión de 1 ‰; La corriente de salida del producto del sensor es 273.15 μA a 0 ° C, y el voltaje a través de la resistencia es 2.731 5 V; La corriente de salida del producto del sensor es 373.15 μA a 100 ° C, y el voltaje a través de la resistencia es 3.731 5 V; Dado que la salida del producto del sensor no es 0 cuando la temperatura es 0 ° C, el voltaje cero debe restarse antes de la amplificación. La constante de voltaje se muestra en la figura VRef, que se obtiene dividiendo los 9 V por el potenciómetro RW11, y el tamaño es 2.731 5 V; El voltaje diferencial de entrada del amplificador operacional (Vin-VRef) es 0 V a 0 ° C. En la figura U1 es el amplificador de instrumentación. Se selecciona AD623, fuente de alimentación de fuente única, ganancia 1 ~ 1 000, su estructura se muestra en la Figura 3. Simplemente ajuste una resistencia RG para cambiar la ganancia, Vo = (1 + 100kΩ / RG) (V + ~ V-) , el nivel de referencia de la señal de salida puede darse arbitrariamente dentro de un cierto rango (utilizando el terminal REF de 5 pines).
El rango de voltaje de entrada del amplificador operacional Vin es 2.731 5 a 3.731 5 V, menos 0 a 1 V después de la referencia (pico a pico 1 V). y se requiere que el voltaje de salida sea de 1 a 5 V (valor pico a pico 4 V) después de la amplificación.
Por lo tanto, el amplificador tiene un aumento de cuatro. Ajuste la resistencia RG entre 1 y 8 (R12 y RW12 en la Figura 2) para cambiar la ampliación; El amplificador operacional de 5 pines ingresa una referencia de voltaje de 1 V, es decir, la entrada del amplificador operacional es de 0 V (Vin ~ VRef) a 0 ° C, la salida es de 1 V (a tierra) y 5 V se emite a 100 ° C. El condensador de la Figura 2 es un condensador de desacoplamiento o condensador de filtro con un tamaño de 0.1 μF.
2.3 Calor del circuito de acondicionamiento PT1000
El PT1000 en el mercado tiene un sistema de dos cables, un sistema de tres cables y un sistema de cuatro cables de acuerdo con el formulario de cableado. El sistema de cuatro cables tiene la precisión más alta, el sistema de dos cables tiene la más baja y el sistema de tres cables está en algún punto intermedio. En vista de los requisitos de precisión y la complejidad de la conexión, se adopta el sistema de tres hilos y se adopta el sistema de tres hilos; Este método de cableado elimina la inexactitud del punto cero causada por la resistencia del cable.
El PT1000 de tres cables tiene una salida en un extremo y dos salidas en el otro extremo. La conexión se muestra en la Figura 4. En la figura, la línea azul está conectada a la fuente de alimentación, la línea roja y el PT1000 forman un brazo de puente del puente, y la línea verde, WR41 y R43 forman el otro brazo de puente; Se introducen cables de casi la misma longitud (línea verde y línea roja) en ambos brazos del puente. Cuando la temperatura cambia, las dos resistencias de plomo del brazo del puente aumentan o disminuyen al mismo tiempo, y el punto cero del puente no se ve afectado, lo que mejora la precisión.
En la Figura 4, WR41 es un potenciómetro cero; La salida del puente está directamente conectada al amplificador operacional AD623. El método para conectar y ajustar la ganancia es el mismo que en la sección anterior y no se describirá aquí. Al depurar, el PT1000 se realiza mediante una caja de resistencia, y el valor de resistencia se obtiene mediante la tabla de índice.
Este diseño utiliza las características de temperatura de la unión PN del transistor para la compensación de la unión fría, el circuito de compensación de la unión fría y la serie de termopares, como se muestra en la Figura 5. En la figura, T es un termopar, el otro es un circuito de compensación de unión fría, el transistor usa un transistor 9012, y su tasa de cambio de temperatura de voltaje es de aproximadamente -2.1 mV / ° C, y tres resistencias, un potenciómetro y un triodo PNP forman un puente. Cuando la temperatura de la unión fría aumenta, la caída de voltaje de la unión PN disminuye, el potencial del control deslizante WR81 disminuye, el potencial intermedio de WR82 y R83 no cambia, y la salida del puente aumenta. que compensa la deriva de temperatura de la unión fría del termopar. Lo contrario es cierto cuando se baja la temperatura. La salida del circuito está directamente conectada a la entrada del amplificador operacional AD623.
3 Conclusión
El documento aborda varios tipos diferentes de productos de sensores de temperatura (ADS90, PT1000 y termopares tipo K). El circuito de alimentación, el circuito de conversión de señal y el circuito de amplificación y subida están diseñados para hacer que la salida de varios productos sensores alcance una señal estándar uniforme de 1 a 5 V; El termopar, AD590 y PT1000 se simularon en el laboratorio utilizando voltaje de alta precisión, fuente de corriente y caja de resistencia. Los resultados muestran que la precisión relativa del circuito de acondicionamiento puede alcanzar 0.1, y la incertidumbre de 0.5% se puede lograr después de conectar el sensor; Un peso de 55 g logró el resultado deseado.
El rango de voltaje de entrada del amplificador operacional Vin es 2.731 5 a 3.731 5 V, menos 0 a 1 V después de la referencia (pico a pico 1 V). y se requiere que el voltaje de salida sea de 1 a 5 V (valor pico a pico 4 V) después de la amplificación.
Por lo tanto, el amplificador tiene un aumento de cuatro. Ajuste la resistencia RG entre 1 y 8 (R12 y RW12 en la Figura 2) para cambiar la ampliación; El amplificador operacional de 5 pines ingresa una referencia de voltaje de 1 V, es decir, la entrada del amplificador operacional es de 0 V (Vin ~ VRef) a 0 ° C, la salida es de 1 V (a tierra) y 5 V se emite a 100 ° C. El condensador de la Figura 2 es un condensador de desacoplamiento o condensador de filtro con un tamaño de 0.1 μF.
2.3 Calor del circuito de acondicionamiento PT1000
El PT1000 en el mercado tiene un sistema de dos cables, un sistema de tres cables y un sistema de cuatro cables de acuerdo con el formulario de cableado. El sistema de cuatro cables tiene la precisión más alta, el sistema de dos cables tiene la más baja y el sistema de tres cables está en algún punto intermedio. En vista de los requisitos de precisión y la complejidad de la conexión, se adopta el sistema de tres hilos y se adopta el sistema de tres hilos; Este método de cableado elimina la inexactitud del punto cero causada por la resistencia del cable.
El PT1000 de tres cables tiene una salida en un extremo y dos salidas en el otro extremo. La conexión se muestra en la Figura 4. En la figura, la línea azul está conectada a la fuente de alimentación, la línea roja y el PT1000 forman un brazo de puente del puente, y la línea verde, WR41 y R43 forman el otro brazo de puente; Se introducen cables de casi la misma longitud (línea verde y línea roja) en ambos brazos del puente. Cuando la temperatura cambia, las dos resistencias de plomo del brazo del puente aumentan o disminuyen al mismo tiempo, y el punto cero del puente no se ve afectado, lo que mejora la precisión.
En la Figura 4, WR41 es un potenciómetro cero; La salida del puente está directamente conectada al amplificador operacional AD623. El método para conectar y ajustar la ganancia es el mismo que en la sección anterior y no se describirá aquí. Al depurar, el PT1000 se realiza mediante una caja de resistencia, y el valor de resistencia se obtiene mediante la tabla de índice.
2.4 circuito de acondicionamiento galvánico
El principio básico de la medición de la temperatura del termopar es que dos tipos de conductores con diferentes composiciones forman un circuito cerrado. Cuando hay un gradiente de temperatura en ambos extremos, habrá corriente pasando por el circuito. En este momento, hay una fuerza electromotriz entre los dos extremos: la fuerza termoelectromotriz. El extremo de temperatura más alta es el extremo de trabajo, el extremo de temperatura más baja es el extremo frío (extremo libre), y el frío generalmente está a una temperatura constante. Si la temperatura cambia en el extremo frío durante la medición, afectará seriamente la precisión de la medición. Por lo tanto, se toman ciertas medidas para compensar el efecto del cambio de temperatura de la unión fría llamado compensación de la unión fría del termopar.
El principio básico de la medición de la temperatura del termopar es que dos tipos de conductores con diferentes composiciones forman un circuito cerrado. Cuando hay un gradiente de temperatura en ambos extremos, habrá corriente pasando por el circuito. En este momento, hay una fuerza electromotriz entre los dos extremos: la fuerza termoelectromotriz. El extremo de temperatura más alta es el extremo de trabajo, el extremo de temperatura más baja es el extremo frío (extremo libre), y el frío generalmente está a una temperatura constante. Si la temperatura cambia en el extremo frío durante la medición, afectará seriamente la precisión de la medición. Por lo tanto, se toman ciertas medidas para compensar el efecto del cambio de temperatura de la unión fría llamado compensación de la unión fría del termopar.
Este diseño utiliza las características de temperatura de la unión PN del transistor para la compensación de la unión fría, el circuito de compensación de la unión fría y la serie de termopares, como se muestra en la Figura 5. En la figura, T es un termopar, el otro es un circuito de compensación de unión fría, el transistor usa un transistor 9012, y su tasa de cambio de temperatura de voltaje es de aproximadamente -2.1 mV / ° C, y tres resistencias, un potenciómetro y un triodo PNP forman un puente. Cuando la temperatura de la unión fría aumenta, la caída de voltaje de la unión PN disminuye, el potencial del control deslizante WR81 disminuye, el potencial intermedio de WR82 y R83 no cambia, y la salida del puente aumenta. que compensa la deriva de temperatura de la unión fría del termopar. Lo contrario es cierto cuando se baja la temperatura. La salida del circuito está directamente conectada a la entrada del amplificador operacional AD623.
3 Conclusión
El documento aborda varios tipos diferentes de productos de sensores de temperatura (ADS90, PT1000 y termopares tipo K). El circuito de alimentación, el circuito de conversión de señal y el circuito de amplificación y subida están diseñados para hacer que la salida de varios productos sensores alcance una señal estándar uniforme de 1 a 5 V; El termopar, AD590 y PT1000 se simularon en el laboratorio utilizando voltaje de alta precisión, fuente de corriente y caja de resistencia. Los resultados muestran que la precisión relativa del circuito de acondicionamiento puede alcanzar 0.1, y la incertidumbre de 0.5% se puede lograr después de conectar el sensor; Un peso de 55 g logró el resultado deseado.
