תכנון של מערכת מדידת טמפרטורת התנגדות תרמית PT100 פלטינה

מדידת טמפרטורה ובקרה הם נושאים חשובים ביותר בכל ההיבטים של התעשייה, החקלאות, המחקר המדעי, ההגנה הלאומית וחיי היומיום של האנשים. מערכות מדידת טמפרטורה נמצאות בשימוש נרחב בתכנון מערכות מיקרו-מחשב חד-שבב. על פי דרישות התכנון השונות של מערכות מיקרו-מחשבים עם שבב יחיד, גם התכנון של מערכות מדידת טמפרטורה שונה. חלקם משתמשים בשבבים משולבים, וחלקם משתמשים במכשירי מקור זרם קבוע ומכשירי מקור מתח קבוע. מערכת זו משתמשת בנגד תרמי PT100 פלטינה כאלמנט רכישת אות טמפרטורה כדי לתכנן מערכת מדידת טמפרטורה.
עקרון עבודה בסיסי 1
ההתנגדות של הנגד התרמי PT100 פלטינה משתנה עם שינוי הטמפרטורה. תכונה זו משמשת לאיסוף אותות טמפרטורה ולהמיר האותות שנאספו לאותות מתח; ואז הם מומרים לאותות דיגיטליים דרך A/D וקוראים על ידי מערכת המיקרו-מחשבים של שבב יחיד; מערכת המיקרו-מחשבים של שבב יחיד מזהה ומעבדת את האותות הדיגיטליים הקריאה וממרה אותם לאותות דיגיטליים המתאימים לטמפרטורה, ולבסוף ערך טמפרטורת הפלט מוצג על ידי תצוגת LCD.
2 עיצוב חומרה
החומרה כוללת בעיקר חמישה רכיבים: מעגל מקור זרם קבוע, מגבר מתח, מעגל ממשק המרה A/D, מעגל בידוד Optocoupler ומעגל תצוגה של LCD.
2.1 מעגל מקור זרם קבוע
מעגל המקור הנוכחי הקבוע מוצג באיור 1. Chip OP07 הוא מגבר תפעולי, המהווה מעגל מקור זרם קבוע עם 5 נגדים, ומוצא זרם עבודה של 1 mA ב- VIN+. באיור, dgnd =5 v, vmc =0 v, ויש 4 צמתים, כלומר net1, net2, net3 ו- net4. תן לזרם לזרום דרך R110 להיות IA, והזרם הזורם דרך R114 להיות IB, ב- MA, ושני הכיוונים מימין.
על פי הקצר הווירטואלי והווירטואלי של מגבר OP, יש לנו את המשוואה:
Dgnd- (r 111+ R110) × IA+R114 × IB-R113 × ((DGND-R111 × IA) ／ R112)-(VDGND-R111 × IA) {13}}
החלפת הנתונים, יש לנו:
5- (10+1) × ia +1 × ib -2 × ((5-10 × ia) ／ 10)-(5-10 ia) {{} {}}
ניתן לחשב כי ia+ib =1, ו- ia+ib הוא הזרם הנדרש I, שהוא 1 ma.
על פי המשוואה, כדי לקבל IA+IB כקבוע, זה חייב לספק:
R113×R111／R112-R110=R114
לפיכך, התנאי למעגל זה להפוך למקור זרם קבוע הוא:
R111／R112=(R110+R114)／R113
אם r 111= r112, אז r 110+ r 114= r113 חייב להיות. בשלב זה, הערך הנוכחי הקבוע הוא I=DGND × R113 ／ R112 ／ R114.
ביניהם, J110 משמש לחיבור הנגד התרמי PT100 פלטינה.

2.2 הגברת מתח ומעגל המרה של A/D
תפוקת המתח מקצה אחד של הנגד התרמי PT100 פלטינה הוא קטן מאוד. אם הוא מחובר ישירות לממיר A/D, סטיית נתוני ההמרה גדולה; אז בתכנון זה, פלט המתח מקצה אחד של הנגד התרמי PT100 פלטינה מוגבר 10 פעמים ומחובר למעקב המתח, ואז מתבצעת המרת A/D, כך שניתן יהיה להשיג אפקט המרה טוב יותר, כפי שמוצג באיור 2. PT100 נגן תרמי פלטינה; Win- הוא תפוקת ערך המתח על ידי מקור מתח ההתייחסות MC1403; Vout הוא ערך מתח הפלט לאחר הגברה. נוסחת החישוב היא: vout=g × ((vin+)-(vin-)), שם גודל G נקבע על ידי הנגד R120, g =1+50 kΩ ／ R120. השבב OPA277 והנגד ההיקפי מהווים חסיד מתח.