Procesamiento de linealización de la senal Pt1000 del sensor de temperatura de resistencia de platino WZP
El producto de sensor de temperatura de resistencia de platino tipo WZP Pt1000 es un dispositivo que detecta los parámetros relacionados con la temperatura y la temperatura utilizando las características de los parámetros electromagnéticos de los componentes en función de la temperatura. Debido a su linealidad relativamente buena, su fuerte resistencia a la oxidación y su amplio rango de temperatura, su rango de temperatura es de -200 ° C a + 650 ° C. Es ampliamente utilizado en la producción industrial y la investigación científica. El circuito de procesamiento de señal del producto sensor necesita completar la conversión de la señal de cambio de resistencia dependiente de la temperatura en una señal de voltaje uniforme.
1. Curva característica de salida Pt1000
Coloque el Pt1000 en la caja del experimento de alta y baja temperatura, ajuste la temperatura a -30 ° C ~ +70 ° C y mida el valor de resistencia del producto del sensor de temperatura a diferentes temperaturas. Los datos medidos se muestran en la Figura 1. En el rango de temperatura medido, el valor de resistencia de salida Pt1000 es proporcional a la temperatura. Sin embargo, en condiciones de alta temperatura y baja temperatura, hay una cierta desviación, y se requiere una compensación de temperatura en el circuito de acondicionamiento.
Figura 1. Curva característica de salida Pt1000
Figura 2. Diagrama de circuito de fuente de corriente constante
Diagrama básico del circuito de fuente de corriente constante
3. Circuito de procesamiento de temperatura con entrada en fase
El circuito sensor de temperatura ideal tiene un voltaje de salida de 0 V a 0 ° C, y RT = 1 000.8 Ω en la Figura 1, y el Vo obtenido al sustituir la ecuación (1) no es 0, por lo que el voltaje debe ponerse a cero. El método se implementa agregando un voltaje de entrada al terminal no inversor del amplificador operacional en la Figura 2, como se muestra en la Figura 3.
Entonces, siempre que k pueda ajustarse al valor apropiado, la señal puede ponerse a cero. Pero debido a que esto es solo un cálculo teórico, el amplificador operacional real no es ideal, y la resistencia no alcanzará completamente la resistencia nominal debido a la influencia de la temperatura y similares. Por lo tanto, los tamaños de R2 y R3 no son fijos, y en la práctica, se utiliza una resistencia variable para un ajuste fino.
El ajuste de la tensión de entrada no inversora hace que la tensión de salida disminuya incluso si la temperatura aumenta. Por lo tanto, para garantizar la salida lineal de la señal de -300 a 700 mV a -30 ° C a +70 ° C, se utiliza un circuito amplificador después de la puesta a cero. Ajusta el factor de aumento. Como se muestra en la Figura 4.
La figura 4 muestra el circuito amplificador inversor. No solo puede darse cuenta del efecto de amplificación de A = R5 / R4, sino también invertir el voltaje Vo1 invertido por el amplificador operacional de la etapa anterior. Cumplir con la tensión de fase positiva requerida.
4. Procesamiento suplementario de linealización
La relación después del amplificador operacional 1 se muestra en la ecuación (2). Después de la amplificación lineal del amplificador operacional 2, si RT es cierto, Vo es proporcional a Vi, por lo que para mantener lineal, Vi es un valor fijo, de lo contrario habrá dos valores de función de Vi y RT en la relación de función de Vo, que no puede medir con precisión la temperatura. El rango de fluctuación de voltaje dado por el diseño es (+ 10% VCC) y RT se fija a una temperatura determinada. Entonces el Vo final también tiene (+ 10%) fluctuación. Usando la relación R-T unificada para juzgar, el error de temperatura en el rango de medición se convierte (+ 10%) que no puede ser tolerado. El circuito debe tener un regulador de voltaje confiable de alta precisión. Por lo tanto, en la operación real del circuito, la referencia de voltaje de alta precisión MAX6025 se puede utilizar para suministrar componentes y circuitos con una referencia de voltaje de alta precisión.
Además, a partir de la relación entre el valor de resistencia de platino Pt1000 R y la temperatura T, el Pt1000 tiene una alta sensibilidad de 3.786 59 Ω / ° C en el rango de temperatura de medición, por lo que solo se requiere un amplificador operacional de uso general. Cuando el coeficiente de temperatura de la resistencia utilizada coincide, se puede ignorar el error no lineal.
5. Circuito de procesamiento de señal de detección de temperatura real
El circuito de procesamiento de la señal de detección de temperatura real se muestra en la Figura 5. El condensador C en el diagrama del circuito es el condensador de reducción de ruido. El valor real es 1μF. La referencia de voltaje de 2.5V es proporcionada por el MAX6025. De acuerdo con los parámetros dados en la figura, antes de realizar la prueba de temperatura real, primero debe ponerse a cero y ajustarse completamente. Use una resistencia ajustable de precisión en lugar de Pt1000 para conectarse al circuito, cambie la resistencia para igualar la resistencia equivalente de 0 000.8 Ω a 0 ° C, ajuste la resistencia variable R5, de modo que el voltaje de salida sea 0. Luego cambie la precisión ajustable valor de resistencia a 1 265.8 Ω a 70 ° C, ajuste la resistencia variable R6 y haga que la salida sea de 700 mV, complete el ajuste a cero y el ajuste completo. El circuito ha sido probado experimentalmente para lograr un buen efecto de detección de temperatura.
1. Curva característica de salida Pt1000
Coloque el Pt1000 en la caja del experimento de alta y baja temperatura, ajuste la temperatura a -30 ° C ~ +70 ° C y mida el valor de resistencia del producto del sensor de temperatura a diferentes temperaturas. Los datos medidos se muestran en la Figura 1. En el rango de temperatura medido, el valor de resistencia de salida Pt1000 es proporcional a la temperatura. Sin embargo, en condiciones de alta temperatura y baja temperatura, hay una cierta desviación, y se requiere una compensación de temperatura en el circuito de acondicionamiento.
Figura 1. Curva característica de salida Pt1000
2. Circuito básico de fuente de corriente constante
El circuito de procesamiento de señal de los productos de sensor de temperatura de resistencia de platino puede usar una fuente de voltaje constante o una fuente de corriente constante. A través del estudio de la fuente de voltaje constante, se descubre que existen problemas como la inestabilidad y la baja precisión en aplicaciones prácticas. La razón es que en la operación de voltaje constante, además del error no lineal de la resistencia de platino en sí, se genera el error inherente del circuito de trabajo de voltaje constante, de modo que el error sistemático de todo el circuito se vuelve grande. Por lo tanto, este documento utiliza un método de fuente de corriente constante. El circuito básico de fuente de corriente constante se muestra en la Figura 2. Reemplace el Rf del amplificador inversor con una resistencia de platino RT, que se puede obtener de acuerdo con la fórmula del amplificador inversor:
El circuito de procesamiento de señal de los productos de sensor de temperatura de resistencia de platino puede usar una fuente de voltaje constante o una fuente de corriente constante. A través del estudio de la fuente de voltaje constante, se descubre que existen problemas como la inestabilidad y la baja precisión en aplicaciones prácticas. La razón es que en la operación de voltaje constante, además del error no lineal de la resistencia de platino en sí, se genera el error inherente del circuito de trabajo de voltaje constante, de modo que el error sistemático de todo el circuito se vuelve grande. Por lo tanto, este documento utiliza un método de fuente de corriente constante. El circuito básico de fuente de corriente constante se muestra en la Figura 2. Reemplace el Rf del amplificador inversor con una resistencia de platino RT, que se puede obtener de acuerdo con la fórmula del amplificador inversor:
Figura 2. Diagrama de circuito de fuente de corriente constante
Vi, después de que R1 es fijo, la corriente que fluye a través de RT es constante, y Vo es proporcional a RT. A partir del cambio de RT, se puede obtener el cambio de voltaje correspondiente, logrando así la salida de voltaje y la linealidad permanece sin cambios.
Diagrama básico del circuito de fuente de corriente constante
3. Circuito de procesamiento de temperatura con entrada en fase
El circuito sensor de temperatura ideal tiene un voltaje de salida de 0 V a 0 ° C, y RT = 1 000.8 Ω en la Figura 1, y el Vo obtenido al sustituir la ecuación (1) no es 0, por lo que el voltaje debe ponerse a cero. El método se implementa agregando un voltaje de entrada al terminal no inversor del amplificador operacional en la Figura 2, como se muestra en la Figura 3.
Entonces, siempre que k pueda ajustarse al valor apropiado, la señal puede ponerse a cero. Pero debido a que esto es solo un cálculo teórico, el amplificador operacional real no es ideal, y la resistencia no alcanzará completamente la resistencia nominal debido a la influencia de la temperatura y similares. Por lo tanto, los tamaños de R2 y R3 no son fijos, y en la práctica, se utiliza una resistencia variable para un ajuste fino.
El ajuste de la tensión de entrada no inversora hace que la tensión de salida disminuya incluso si la temperatura aumenta. Por lo tanto, para garantizar la salida lineal de la señal de -300 a 700 mV a -30 ° C a +70 ° C, se utiliza un circuito amplificador después de la puesta a cero. Ajusta el factor de aumento. Como se muestra en la Figura 4.
La figura 4 muestra el circuito amplificador inversor. No solo puede darse cuenta del efecto de amplificación de A = R5 / R4, sino también invertir el voltaje Vo1 invertido por el amplificador operacional de la etapa anterior. Cumplir con la tensión de fase positiva requerida.
4. Procesamiento suplementario de linealización
La relación después del amplificador operacional 1 se muestra en la ecuación (2). Después de la amplificación lineal del amplificador operacional 2, si RT es cierto, Vo es proporcional a Vi, por lo que para mantener lineal, Vi es un valor fijo, de lo contrario habrá dos valores de función de Vi y RT en la relación de función de Vo, que no puede medir con precisión la temperatura. El rango de fluctuación de voltaje dado por el diseño es (+ 10% VCC) y RT se fija a una temperatura determinada. Entonces el Vo final también tiene (+ 10%) fluctuación. Usando la relación R-T unificada para juzgar, el error de temperatura en el rango de medición se convierte (+ 10%) que no puede ser tolerado. El circuito debe tener un regulador de voltaje confiable de alta precisión. Por lo tanto, en la operación real del circuito, la referencia de voltaje de alta precisión MAX6025 se puede utilizar para suministrar componentes y circuitos con una referencia de voltaje de alta precisión.
Además, a partir de la relación entre el valor de resistencia de platino Pt1000 R y la temperatura T, el Pt1000 tiene una alta sensibilidad de 3.786 59 Ω / ° C en el rango de temperatura de medición, por lo que solo se requiere un amplificador operacional de uso general. Cuando el coeficiente de temperatura de la resistencia utilizada coincide, se puede ignorar el error no lineal.
5. Circuito de procesamiento de señal de detección de temperatura real
El circuito de procesamiento de la señal de detección de temperatura real se muestra en la Figura 5. El condensador C en el diagrama del circuito es el condensador de reducción de ruido. El valor real es 1μF. La referencia de voltaje de 2.5V es proporcionada por el MAX6025. De acuerdo con los parámetros dados en la figura, antes de realizar la prueba de temperatura real, primero debe ponerse a cero y ajustarse completamente. Use una resistencia ajustable de precisión en lugar de Pt1000 para conectarse al circuito, cambie la resistencia para igualar la resistencia equivalente de 0 000.8 Ω a 0 ° C, ajuste la resistencia variable R5, de modo que el voltaje de salida sea 0. Luego cambie la precisión ajustable valor de resistencia a 1 265.8 Ω a 70 ° C, ajuste la resistencia variable R6 y haga que la salida sea de 700 mV, complete el ajuste a cero y el ajuste completo. El circuito ha sido probado experimentalmente para lograr un buen efecto de detección de temperatura.
