PT100 жана Arduino аркылуу температураны өлчөө: 16 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Бул долбоордун максаты - температураны сезүү системасын долбоорлоо, куруу жана сыноо. Система 0дон 100 ° Сге чейинки температура диапазонун өлчөө үчүн иштелип чыккан. PT100 температураны өлчөө үчүн колдонулган жана ал каршылыктын температурасын детектору (RTD), анын каршылыгын айланадагы температурага жараша өзгөртөт.

1 -кадам: Аппарат

1x PT100

1x нан тактасы

2x 2.15 кох резисторлор

1х 100 Ом каршылыгы

Зымдар

Электр камсыздоо

Дифференциалдык күчөткүч

2 -кадам: PT100 жөнүндө

Долбоорубуздун алкагында бизге чөйрөнүн температурасын 0 градустан 100 градус Цельсийге чейин өлчөө тапшырылган. Биз төмөнкү себептерден улам PT100 колдонууну чечтик:

PT100 -температуранын температурасын детектору (RTD), ал температураны -200 градустан 850 градуска чейин өлчөй алат, бирок 200 градустан ашкан температураны өлчөө үчүн колдонулбайт. Бул диапазон биздин талаптарга жооп берет.

Бул сенсор берилген чөйрөнүн температурасына каршылык көрсөтөт. Сенсордун температурасы менен каршылыгынын ортосундагы байланыш сызыктуу. Бул, сенсор талап кылган минималдуу орнотуу менен бирге, келечекте башка температура диапазондору керек болсо, аны менен иштөөнү жана курмандык чалынуучу жайды жеңилдетет.

PT100 да жай жооп убактысына ээ, бирок так. Бул мүнөздөмөлөр биздин максатыбызга көп деле таасир этпейт жана ошондуктан температура сенсорун колдонууну чечкенде анчалык таасирдүү болгон эмес.

3 -кадам: Уитстоун көпүрөсү

Буудай ташы көпүрөсү белгисиз компонентти камтыган көпүрө схемасынын эки бутун теңдөө аркылуу белгисиз электр каршылыгын өлчөө үчүн колдонулат.

Райондун негизги артыкчылыгы - бул 0Вдан башталуучу бир катар чыгуу чыңалуусун алуу жөндөмдүүлүгү.

Жөнөкөй чыңалуу бөлүштүргүчтү колдонсо болот, бирок бизге чыңалуунун чыгышын күчөтүүнү анча эффективдүү кыла турган эч кандай офсеттен арылууга мүмкүндүк бербейт.

PT100деги каршылык 0дөн 100 градуска чейинки температурада 100дөн 138.5055ке чейин өзгөрөт.

Буудай ташы көпүрөсүнүн формуласы төмөндө, ал тиркелген pdf таблицасынан алынган ар кандай диапазондор үчүн буудай таш көпүрөсүнүн өлчөмүн өзгөртүү үчүн колдонулушу мүмкүн.

Vout = Vin (R2/(R1+R2) - R4/(R3+R4))

Биздин сценарийде:

R2 биздин PT100 каршылыгыбыз болот.

R1 R3 менен барабар болот.

0 градус Цельсия боюнча 0В чыгаруу үчүн R4 100 омго барабар болушу керек.

Voutту 0V жана Vinти 5Vга коюу каршылыкка R1 жана R2 = 2.2k ohms үчүн баалуулуктарды алууга мүмкүндүк берет.

Андан кийин сенсордун каршылыгы үчүн 138.5055 омго жазылып, 100 градус Цельсий = 80мВ чыңалуу чыңалуубузду алабыз.

4 -кадам: Районду окшоштуруу

Схемаларды моделдөө үчүн курал, OrCAD Capture биздин схеманы окшоштуруу жана ар кандай температурада күтүлгөн Voltage чыгымдарын табуу үчүн колдонулган. Бул биздин системанын канчалык так экенин салыштыруу үчүн кийинчерээк колдонулат.

Бул схема pt100 каршылыгын 100 Омдон 138.5055 Омго чейин 3.85055 Ом кадамдар менен өзгөртө турган параматтык шыпыруу менен убактылуу убакыт анализин жасоо менен окшоштурулган.

5 -кадам: окшоштурулган жыйынтыктар

Жогорудагы жыйынтыктар схеманын чыгыш чыңалуусунун сызыктуу байланышын жана каршылык маанилерин көрсөтөт.

Андан кийин жыйынтыктар excelге киргизилип, пландалган. Excel бул баалуулуктар менен байланышкан сызыктуу формуланы берет. Сенсордун линиялыктыгын жана чыгуу чыңалуу диапазонун ырастоо.

6 -кадам: Районду түзүү

Район эки 2.2k Ом резистор жана 100 Ом резистордун жардамы менен бириктирилген.

Резисторлордун чыдамдуулугу +-5%. Ар кандай каршылык көрсөткүчтөрү көпүрөнүн 0 градуста тең салмаксыз болушуна алып келет.

Параллелдүү резисторлор 100 Ом резисторуна R4 мүмкүн болушунча 100 Омго жакын алуу үчүн каршылыктын номиналдуу суммаларын кошуу үчүн серия менен кошулган.

Бул 0Vге өтө жакын 0.00021V чыңалуусун чыгарды.

R1 2, 1638 Ом жана R3 2, 1572 Ом. R1 менен R3ту теңдештирүү үчүн дагы көбүрөөк резистор туташтырылышы мүмкүн, бул тең салмактуу көпүрөнү берет.

мүмкүн болгон каталар:

ар кандай температура баалуулуктарын текшерүү үчүн колдонулган өзгөрүлмөлүү резистор кутусу так эмес болушу мүмкүн

7 -кадам: өлчөнгөн жыйынтыктар

Өлчөнгөн жыйынтыктарды төмөндө көрүүгө болот.

Температуранын өзгөрүшү R2 каршылыгын PT100 маалымат барагынан табууга мүмкүн болгон ар кандай каршылыктарга коюу үчүн, өзгөрмөлүү каршылык кутучасынын жардамы менен өлчөнгөн.

Бул жерде табылган формула температуранын чыгышын аныктоо үчүн коддун бир бөлүгү катары колдонулат.

8 -кадам: Чоңураак температура диапазондору үчүн

Эгерде өтө жогорку температуралар жазылышы керек болсо, К тибиндеги термопара чынжырга киргизилиши мүмкүн. К түрү термопара -270 ден 1370 градуска чейинки температура диапазонун өлчөй алат.

Термоэлементтер термоэлектрдик эффектин негизинде иштешет, температуранын айырмасы потенциалдуу айырмачылыкты пайда кылат (Чыңалуу).

Thermocouples эки температуранын айырмасына негизделгендиктен, шилтеме түйүнүндөгү температураны билүү керек.

Биз колдоно турган термопаралар менен өлчөөнүн эки ыкмасы бар:

PT100 сенсорун шилтеме түйүнүнө коюп, шилтеме чыңалуусун өлчөөгө болот

Термопаранын шилтеме түйүнүн 0 градус Цельсий боюнча туруктуу болгон муз ваннасына жайгаштырса болот, бирок бул долбоор үчүн практикалык эмес

9 -кадам: Обзор: Дифференциалдык күчөткүч стадиясы

Дифференциалдык күчөткүч түзүлүштүн ажырагыс бөлүгү болуп саналат. Дифференциалдык күчөткүч чындыгында инверттелбеген жана тескери күчөткүчтү бир схемага бириктирет. Албетте, ар кандай курулушта болгондой эле, өзүнүн чектөөлөрү бар, бирок кийинки бир нече кадамдарда көрсөтүлүүчүдөй, бул 5Vнын туура чыгарылышын алууга жардам берет.

10 -кадам: Дифференциалдык күчөткүч жөнүндө

Дифференциалдык күчөткүч - иштөөчү күчөткүч. Бул схеманын дизайнында Wheatstone көпүрөсүнөн mVга чейин V чыңалуусун күчөтүүдө негизги роль ойнойт жана андан кийин Arduino тарабынан чыңалуу киргизүү катары окулат. Бул күчөткүч эки чыңалуу киришин алат жана эки сигналдын ортосундагы айырманы күчөтөт. Бул дифференциалдык чыңалуу киргизүү деп аталат. Андан кийин дифференциалдык чыңалуу киргизгич күчөткүч аркылуу күчөтүлөт жана аны күчөткүчтүн чыгышында байкоого болот. Күчөткүчтөрдүн кириштери мурунку бөлүмдөгү Уитстоун көпүрөсүнүн чыңалуу бөлүштүргүчтөрүнөн алынат.

11 -кадам: Артыкчылыктары жана чектөөлөрү

Дифференциалдык күчөткүч өзүнүн оң жана терс жактары менен келет. Мындай күчөткүчтү колдонуунун негизги пайдасы - курулуштун оңойлугу. Бул оңой курулуштун натыйжасында, бул схемадагы көйгөйлөрдү чечүүнү оңой жана эффективдүү кылат.

Мындай схеманы колдонуунун терс жактары - күчөткүчтүн пайдасын тууралоо үчүн, кирешени аныктоочу резисторлор (кайтарым байланыш каршылыгы жана жерге туташкан каршылык) экөө тең өчүрүлүшү керек, бул убакытты талап кылышы мүмкүн. Экинчиден, оп-амп салыштырмалуу төмөн CMRRге ээ (жалпы режимден баш тартуу коэффициенти), ал кириш ордундагы чыңалуунун таасирин азайтуу үчүн идеалдуу эмес. Ошентип, биздикиндей конфигурацияда, жогорку CMRRге ээ болуу, чыңалуу чыңалуусунун кесепеттерин жумшартууда маанилүү.

12 -кадам: Каалаган Output Gain тандоо

Оп-ампта схемага туташкан 4 резистор бар. Чыңалуу киришинде 2 дал келген резистор, экинчиси жерге туташкан, ошондой эле кайтарым байланыш каршылыгы. Бул эки резистор оп-амптын кирүү импедансы катары кызмат кылат. Адатта, 10-100 киломаттык диапазондогу резистор жетиштүү болушу керек, бирок бул резисторлор орнотулгандан кийин, кирешелердин бириндеги кириш резисторунун кайтарым байланыш каршылыгынын катышына барабар болгон кирешени аныктоо менен кирешени аныктоого болот. (Rf/Rin).

Жерге туташкан резистор, ошондой эле кайтарым байланыш каршылыгы дал келет. Бул кирешени аныктоочу резисторлор. Жогорку кирүү импедансына ээ болуу менен, ал чынжырга жүктөөнүн эффектилерин минимумга келтирет, башкача айтканда, контролдонбосо, кыйратуучу эффектке алып келиши мүмкүн болгон түзмөктүн ичинде көп сандагы токтун өтүшүнө жол бербейт.

13 -кадам: ARDUINO MICROCONTROLLER

Arduino санариптик жана аналогдук I/O портторун камтыган программалуу микроконтроллер. Микроконтроллер күчөткүчтөн аналогдук кирүү пини аркылуу чыңалууну окуу үчүн программаланган. Биринчиден, Arduino чыңалуусун 0-5 В диапазонунан окуйт жана 0-1023 DUга айлантат жана ал маанини басып чыгарат. Андан кийин, аналогдук маани 5ке көбөйтүлөт жана чыңалуу маанисин алуу үчүн 1023кө бөлүнөт. Бул көрсөткүч 20га көбөйтүлүп, 0-100 С чейинки температура диапазону үчүн так масштабды берет.

Ордун алмаштыруу жана сезимталдык баалуулуктарын алуу үчүн, A0дагы кирүүчү пиндин көрсөткүчтөрү PT100 үчүн ар кандай баалуулуктар менен алынган жана сызыктуу теңдемени алуу үчүн график түзүлгөн.

Колдонулган код:

void setup () {Serial.begin (9600); // ЭЭМ менен сериялык туташууну баштаңыз

pinMode (A0, INPUT); // күчөткүчтөн чыккан чыгым бул пинге туташат

}

боштук цикл ()

{float offset = 6.4762;

сүзүү сезгичтиги = 1.9971;

int AnalogValue = analogRead (A0); // A0 боюнча киргизүүнү окуңуз

Serial.print ("Analog Value:");

Serial.println (AnalogValue); // киргизүү маанисин басып чыгаруу

кечигүү (1000);

float DigitalValue = (AnalogValue * 5) / (1023); // 5 менен муль 0-100 градуска чейин

Serial.print ("Санариптик мааниси:");

Serial.println (DigitalValue); // аналогдук чыңалуу мааниси

float temp = (AnalogValue - ордун басуу)/сезимталдык;

Serial.print ("Температуранын мааниси:");

Serial.println (temp); // басып чыгаруу темп

кечигүү (5000);

}

14 -кадам: Мүчүлүштүктөрдү оңдоо

Оп-ампка 15В жана буудай ташы көпүрөсүнө 5В жеткирүү жалпы негизге ээ болушу керек. (бардык 0v баалуулуктары бири -бирине туташышы керек.)

Вольтметрди колдонуп, ар бир резистордон кийин чыңалуу төмөндөп кетпешине ынануу үчүн, кыска туташуу жок экенин камсыздай аласыз.

Эгерде жыйынтыктар ар түрдүү жана туруксуз болсо, колдонулган зымдарды зымдын каршылыгын өлчөө үчүн вольтметрдин жардамы менен текшерсе болот, эгерде каршылык "оффлайнда" десе, бул чексиз каршылыктын бар экенин жана зымдын ачык схемасы бар экенин билдирет.

Зымдар 10 Омдон аз болушу керек.

Буудай таш көпүрөсүндөгү чыңалуу айырмасы температура диапазонунун минималдуу диапазонунда 0В болушу керек, эгерде көпүрө тең салмактуу болбосо, анда мындай болушу мүмкүн:

Резисторлор толеранттуулукка ээ, демек, алар ката кетириши мүмкүн, бул буудай ташынын көпүрөсүнүн тең салмаксыз болушуна алып келиши мүмкүн, эгерде схемадан чыгарылса, каршылыктарды вольтметр менен текшерүүгө болот. көпүрөнү тең салмак кылуу үчүн кичинекей резисторлорду катар же параллель кошууга болот.

Сериялар = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

15 -кадам: Кайра тазалоо

Системаны башка температурага өзгөртүү үчүн формуланы жана ыкманы буудайдын көпүрөсүнүн бөлүгүндө табууга болот. Бул баалуулуктар табылып, схема орнотулгандан кийин:

PT100 резистордук кутучага алмаштырылышы керек, каршылыктын маанилери тиркелген pdfден алынган тиешелүү каршылык маанилерин колдонуу менен жаңы температура диапазонунан туураланышы керек.

Ченелүүчү чыңалуу жана каршылыктар x огунда температура (каршылык) жана y боюнча чыңалуу менен Excelде пландалууга тийиш.

Бул сюжеттен формула берилет, офсет кошулган туруктуу болот жана сезимталдык xке көбөйтүлгөн сан болот.

Бул баалуулуктар коддо өзгөртүлүшү керек жана сиз системаны ийгиликтүү жок кылдыңыз.

16 -кадам: Arduino орнотуу

микросхеманын күчөткүчүн Arduino A0 киргизүү пинине туташтырыңыз

Ардуино Нанону компьютердеги USB порт аркылуу туташтырыңыз.

кодду Arduino эскизинин жумуш мейкиндигине чаптаңыз.

Кодду түзүңүз.

Куралдар> Такта> Arduino Nano тандаңыз.

Куралдар> Порт> COM портун тандоо.

Кодду Arduinoго жүктөңүз.

Санариптик мааниси оп-амптин чыңалуусу (0-5V болушу керек)

Температуранын мааниси системалардын Цельсий боюнча окулган температурасы.