PT100 температурасын өлчөө Arduino аркылуу: 6 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-31 10:22

PT100 - каршылыгын температуранын детектору (RTD), анын каршылыгын айланадагы температурага жараша өзгөртөт, ал жай динамикасы жана салыштырмалуу кенен температура диапазону бар өнөр жай процесстеринде кеңири колдонулат. Бул жай динамикалык процесстер үчүн колдонулат, анткени RTDлерде жооп берүү убактысы жай (алар жөнүндө кийинчерээк айтам), бирок так жана убакыттын өтүшү менен төмөн дрейфке ээ. Бул көрсөтмөдө мен сизге көрсөтө турган нерсе өнөр жай стандартына туура келбейт, бирок ал сизге көптөгөн хоббисттер жакшы билген LM35ти колдонууга караганда температураны өлчөөнүн башка жолун көрсөтөт жана схема теориясы көрсөтүлгөн башка сенсорлорго колдонулушу мүмкүн.

1 -кадам: Компоненттер

1x PT100 (эки зым)

1x Arduino (каалаган модель)

3x 741 операциялык күчөткүчтөр (LM741 же UA741)

1х 80 Ом резистор

2x 3.9kohms резисторлору

2x 3.3kohms резисторлору

2x 8.2kohms резисторлору

2x 47kohms резисторлору

1x 5kohms потенциометр

1x Эки Терминалдуу Power Supply же 8x 1.5V AA Батарейкалар

Мен эки зым PT100 колдонуп жатам, үч жана төрт зым PT100 ар кандай схемаларга ээ болот. Алардын көбү үчүн резистордун мааниси жогорудагыдай болушу керек эмес, бирок эгерде бир жуп резистор болсо, башкача айтканда 3.9Kohms, эгер сиз аларды 5k деп алмаштырсаңыз, экөөнү тең 5k менен алмаштырышыңыз керек. бирдей болушу керек. Биз схеманы алганда, мен ар кандай баалуулуктарды тандоо эффектисин айтам. Күчөткүчтөр үчүн (op amps) башка опперлерди колдонсоңуз болот, бирок мен колдонгондор.

2 -кадам: Уитстоун көпүрөсү

Мен биринчи жолу схеманын биринчи бөлүгү жөнүндө айтуудан мурун PT100 үчүн каршылыктан температураны алуу формуласы жөнүндө сүйлөшүшүм керек, каршылыктын формуласы төмөнкүчө:

мында Rx - PT100 каршылыгы, R0 - PT100 каршылыгы 0 градус, α - температурага каршылык коэффициенти жана Т - температура.

R0 100ohms, анткени бул PT100, эгерде PT1000 болсо, R0 1000ohms болмок. α маалымат барагынан алынган 0.00385 ohms/градус C. Бул жерде дагы так формула бар, бирок жогорудагы формула бул долбоор үчүн жасалат. Эгерде биз формуланы которсок, анда берилген каршылыктын температурасын эсептей алабыз:

Айталы, биз -51.85тен 130 градуска чейинки температура диапазонуна ээ болгон нерсени өлчөгүбүз келет жана биз PT100дү 1 -сүрөттө көрсөтүлгөн схемага жайгаштырдык. биринчи сүрөттө) биз чыңалуу диапазонун эсептей алабыз. Төмөнкү диапазон T = -51.85 (80ohms)

жана 130 градуста (150 Ом):

Бул 0.1187V диапазонун берет жана 0.142 DC жылышын берет, анткени биз билебиз, анткени биздин температура -51.85 градустан төмөн болбойт, бул чыңалууну күчөткөндө биз кам көргөн диапазондогу сезимталдыкты төмөндөтөт. Бул DC жылышынан кутулуу жана сезимталдыгыбызды жогорулатуу үчүн, экинчи сүрөттө көрсөтүлгөн Уитстоун көпүрөсүн колдоно алабыз.

Экинчи чыңалуу бөлүштүргүчтүн чыгышы (Vb-) кийинчерээк дифференциалдык күчөткүчтү колдонуу менен биринчи чыңалуу бөлүштүргүчтөн (Vb+) чыгарылат. Көпүрөнүн чыгышынын формуласы жөн эле эки чыңалуу бөлгүч:

PT100 үчүн чыңалуу 80 Ом болуп, сүрөттөгү башка баалуулуктарды колдонот:

жана Pt100 үчүн 150 ohms:

Уитстоун колдонуу менен биз DCтин ордунан арылабыз жана күчөтүүдөн кийин сезимталдыкты жогорулатабыз. Эми Уитстоун көпүрөсү кантип иштээрин билип, биз эмне үчүн 80ohms жана 3.3kohms колдонгонубуз жөнүндө сүйлөшө алабыз. 80ohms жогорудагы формуладан түшүндүрүлөт, бул маанини тандаңыз (биз аны оффеттик каршылыгы Рофф деп атайбыз) сиздин температураңыздын эң төмөнкү диапазону же андан да жакшыраак болушу үчүн, диапазонуңуздун түбүнөн бир аз ылдый, эгер бул үчүн колдонулат температураны жөнгө салуу системасы же ушул сыяктуу нерселер, сиз температуранын диапазонунун астына канчалык төмөн түшүп жатканын билгиңиз келет. Демек, -51.85C диапазонуңуздун түбү болсо, Рофф үчүн 74.975 ом (-65 градус С) колдонуңуз.

Мен токту чектөө жана өндүрүштүн линиялыктыгын жогорулатуу үчүн эки себептен улам R1 жана R3 үчүн 3.3k тандадым. PT100 температурага байланыштуу каршылыкты өзгөрткөндүктөн, ал аркылуу өтө көп ток өтүү өзүн-өзү жылытуудан улам туура эмес көрсөткүчтөрдү берет, ошондуктан мен 5-10мА максималдуу токту тандап алдым. PT100 80ohms болгондо, ток 1.775mA максималдуу диапазондун астында коопсуз болот. Сиз сезимталдыкты жогорулатуу үчүн каршылыкты төмөндөтөсүз, бирок бул линиялыктыкка терс таасирин тийгизиши мүмкүн, анткени биз сызыктын теңдемесин кийинчерээк колдонобуз (y = mx+c), сызыктуу эмес чыгуусу каталарды алып келет. Үчүнчү сүрөттө ар кандай жогорку резисторлорду колдонгон көпүрөнүн чыгуусунун графиги бар, катуу сызык - бул чыныгы чыгаруу жана чекиттик сызык - сызыктуу жакындаштыруу. Сиз кара көк графиктен көрө аласыз (R1 & R3 = 200ohms) эң чоң чыңалуу диапазонун берет, бирок чыгаруу эң аз сызыктуу. Ачык көк (R1 & R3 = 3.3kohms) эң кичине чыңалуу диапазонун берет, бирок чекиттүү сызык менен катуу сызык бири -бирине дал келет, бул анын сызыктыгы абдан жакшы экенин көрсөтөт.

Бул баалуулуктарды колдонмоңузга ылайыктуу түрдө өзгөртө аласыз, эгерде сиз чыңалууну өзгөртсөңүз, ток өтө жогору болуп кетпесин.

3 -кадам: Күчөтүү

Акыркы кадамда, биз эки чыңалуу бөлгүчтүн диапазону 0ден 0.1187ге чейин деп таптык, бирок биз бул чыңалууларды кантип алып салуу жөнүндө сүйлөшкөн жокпуз. Бул үчүн бизге дифференциалдык күчөткүч керек болот, ал бир киргизүүнү экинчисинен алып салат жана аны күчөткүчтүн кирешеси менен күчөтөт. Дифференциалдык күчөткүчтүн схемасы биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн. Сиз Vb+ ды инверттөөчү киришке, Vb- эмес инверсиялык киришке бересиз жана чыгаруу Vb+- Vb- болот, башкача айтканда, эч кандай күчөтүү жок, бирок сүрөттө көрсөтүлгөн резисторлорду кошуу менен биз 5.731 пайдасын кошобуз.. Пайда төмөнкүлөр тарабынан берилет:

Ra - R5 & R7 жана Rb - R6 & R8, чыңалуу чыгып жатат:

Бул күчөткүчтү көпүрөнүн чыгышына, жүктөө эффектине жана кирешени өзгөртүүгө байланыштуу эки көйгөй бар. Күчөткүчтүн кирешесин өзгөртүү сизден кеминде эки резисторду алмаштырууңузду талап кылат, анткени эки жуп резистор бирдей болушу керек, андыктан бирдей мааниге ээ болгон эки идишке ээ болуу кыжырды келтирет, андыктан биз инструмент амп деп аталган нерсени колдонобуз. мен төмөндө бул жөнүндө сүйлөшөм. Жүктөө эффектиси - бул PT100 боюнча чыңалуунун төмөндөшүнө таасир берүүчү күчөткүчкө кирүүчү резисторлор, биз PT100 боюнча чыңалуунун өзгөрүүсүз болушун каалайбыз жана бул үчүн биз кириш резисторлору үчүн абдан чоң резисторлорду тандап алабыз, ошондо PT100дүн параллель каршылыгы болот. жана кирүү резистору PT100 каршылыгына абдан жакын, бирок бул ызы -чуу жана чыңалуусу менен байланышкан көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн. Жөн эле Kohms диапазонунан орто диапазонду тандаңыз, бирок мен айткандай, кичинекей резисторлордун болушу жаман, ошондуктан биз схеманы бир аз өзгөртөбүз.

Экинчи сүрөттө, бизде схемалардын эки жарымын (көпүрө жана күчөтүү) ажыратуу үчүн буфердик күчөткүчкө ээ болгон инструменталдык күчөткүчкө байланышкан көпүрөнүн чыгышы бар, ошондой эле бир потенциометрди өзгөртүү аркылуу киришти күчөтүүгө мүмкүнчүлүк берет (Rgain). Приборлордун күчөткүчтөрүнүн пайдасы төмөнкүчө берилет:

мында Rc - бул идиштин үстүндөгү жана астындагы эки 3.9k каршылык.

Rgain азайтуу менен, күчөтүү жогорулайт. Анан Va жана Vb чекитинде (күчөтүлгөн Vb+ жана Vb-), бул мурдагыдай эле дифференциалдык күчөткүч жана схеманын жалпы пайдасы-бул чогуу көбөйтүлгөн пайда.

Кирешеңизди тандоо үчүн, биз Рофф менен мурун кылгандай, бир нерсе кылгыңыз келет, эгерде ал өтүп кетсе, сиздин диапазонуңуздагы максималдуу температураңыздан жогору турган каршылыкты тандашыбыз керек. Биз 5V адк болгон Arduino колдонуп жаткандыктан, схеманын максималдуу чыгышы сиз тандаган максималдуу температурада 5В болушу керек. Максималдуу каршылык катары 150ohms тандап алалы жана көпүрөнүн чыңалуусу 0.1187V болгон, бизге керек болгон пайда 42.185 (5/0.1187)

Келгиле, биз Ra, Rb жана Rc 8.2k, 47k жана 3.9k катары сактайлы, биз Rgain идишинин маанисин табышыбыз керек:

Ошентип, биз колдонгон температура диапазонунан 5 вольтту толугу менен алуу үчүн, Rgainдин маанисин 1.226kге өзгөртүңүз. Дифференциалдык күчөткүчтөн чыккан чыгуу чыңалуусу төмөнкүчө берилет:

4 -кадам: Районду иштетүү

Бул чынжырдын акыркы кадамы, сиз опкалык амп чынжырларындагы Vcc+ жана Vcc- байкагандырсыз, анткени алар туура иштеши үчүн оң жана терс чыңалууга муктаж, анткени сиз бир рельс оп-амперин ала аласыз, бирок мен чечтим Бул ампти колдонуу үчүн, мен жатып калдым. Ошентип, биз +6V жана -6V менен камсыздайбыз, муну кылуунун үч жолу бар. Биринчиси биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн, анда бизде бир энергия булагынан эки кубат берүүчү же эки чыгаруу терминалы бар, 6Вда жана экинчисинин терсине туташкан оң позициясы бар. Жогорку камсыздоонун 6V биздики +6V болот, астыңкы позициянын оңу GND, ал эми түбүнүн терсинин -6V. ЭКИ ЖАБДЫКТЫН ГДНДЕРИ БӨЛҮНГӨН БОЛСО ЖАНА СИЗДИН КҮЧ БЕРҮҮҢҮЗГӨ ЗЫЯН КЫЛСА, УШУЛАРГА БАЙЛАНЫШТУУ КОШУЛУҢУЗ. Бардык коммерциялык энергия булактары GNDлерди бөлүп алмак, бирок эгерде текшерүүнү кааласаңыз, мультиметрдеги үзгүлтүксүздүк тестирлөөнү колдонуңуз, эгер ал шыңгыраса, бул орнотууну колдонбоңуз жана кийинкисин колдонуңуз. Өзүмдүн үйдө камсыздоодо, мен муну аткарган сактандыргычты күйгүздүм.

Экинчи сүрөттө бизде боло турган экинчи орнотуу бар, ал бир жабдыктын башка чыңалуусун эки эсе жогорулатууну талап кылат, бирок GNDлер туташкан болсо, жабдууну бузбайт. Бизде эки жабдуу бар, бири 12В, экинчиси 6В. 12V биздин +6В катары иштейт, экинчи камсыздоонун 6Vсы GND катары иштейт жана берүүлөрдүн ичинен эки чыныгы GND -6V катары иштейт.

Бул акыркы орнотуу бир гана кубаты бар электр булактары үчүн, ал буфердик күчөткүч аркылуу камсыздоо чыңалуусунун жарымын өткөрүп виртуалдык жерди түзүү үчүн 1 -кирешенин күчөткүчүн колдонот. Андан кийин 12V +6V катары иштейт жана чыныгы GND терминалы -6V болот.

Эгерде сиз батарейкаларды колдонууну кааласаңыз, мен биринчи орнотууну сунуштайт элем, бирок батареянын көйгөйү - алар өлө баштаганда чыңалуу төмөндөйт жана көпүрөдөн чыккан чыңалуу да туура эмес температура көрсөткүчтөрүн берет. Сиз, албетте, батарейкалардын чыңалуусун окуп, аларды эсептөөлөргө кошо аласыз же жөнгө салуучуларды жана дагы батарейкаларды колдоно аласыз. Аягында бул сизге байланыштуу.

5 -кадам: Толук микросхема жана код

Толук микросхема жогоруда көрсөтүлгөн жана Autodeskтин жаңы Circuits.ioдо жасалган, ал нан панелинде схемаларды түзүүгө, схеманы түзөтүүгө (2 -сүрөттө көрсөтүлгөн) жана ПХБ диаграммаларын жана эң жакшы бөлүгүнө схеманы нан тактасынан окшоштурууга мүмкүндүк берет. ал тургай, Arduino программалап, аны нан режимине туташтыра алат, беттин ылдый жагында симуляция бар жана сиз эки казан менен ойной аласыз. Эгерде сиз схеманы кайталап, өзүңүздүн баалуулуктарыңызды киргизгиңиз келсе, бул жерден схеманы таба аласыз. Биринчи казан 70ohms жана 80-150ohms диапазону менен PT100 окшоштурулган 80ohm каршылыгы менен катар, экинчи казан приборлордун ампинин пайдасы. Тилекке каршы, мен коду үчүн жүктөп алган китепкананы колдондум, ошондуктан Arduino төмөндөгү схемага кирбейт, бирок туташуу үчүн эки гана кошумча зым бар. Эгерде сиз LTspice менен ыңгайлуураак болсоңуз, мен чынжыр менен asc файлын коштум.

A0 пинди дифференциалдык күчөткүчкө туташтырыңыз

Arduino GNDнин схемасын GND менен туташтырыңыз (ЭМЕС -6V)

Мына ушул схема жасалды, эми кодго өтүңүз. Мурда мен y = mx+c формуласын колдонобуз деп айткан болчумун, эми биз m (эңиш) жана c (ордун) эсептеп чыгабыз. Arduinoдо биз чыңалууну окуйбуз, бирок температура теңдемеси бизге PT100 каршылыгын билиши керек, андыктан муну Serial.println (temp) менен Serial.println (V) менен алмаштыруу жана жазууну жазуу керек. эки температурада чыңалуу жана каршылык. Бул тестти өткөрүп жатканда, PT100ду бир азга, бир -эки мүнөткө калтырып, жылуулук булактарынан алыс болуңуз (күн нуру, ноутбуктун желдеткичи, денеңиз ж. Б.).

Биз ала турган биринчи пункт - бул бөлмө температурасы, эгер сиз схеманы туташтырып жана иштеп жатсаңыз, Arduino тарабынан окулган чыңалууну (Vt1) сериялык мониторго жазыңыз жана PT100ду тез ажыратып, анын каршылыгын жазыңыз (Rt1), ажыратуу учурунда зондду кармаңыз, анткени бул каршылыкты өзгөртөт. Экинчи температура үчүн, биз иликтөөнү муздуу сууга же ысык сууга (ысык сууну колдонууда этият болуңуз) салып, Vt2 жана Rt2 табуудан мурун кылган иштерибизди кайталай алмакпыз. Зондду суюктукка койгондон кийин, каршылыктын чечилишин бир -эки мүнөт күтө туруңуз. Эгерде сиз PT100 убактысына жооп берүүнү кызыктырсаңыз, сериялык монитордун чыңалуусун ар бир 2 секунд сайын жазып туруңуз, биз мындан график чийип алабыз, мен аны кийинчерээк түшүндүрөм. Эки чыңалууну жана каршылыкты колдонуп, жантайымды төмөнкүчө эсептей алабыз:

Rt1 жана Rt2 эки температурадагы каршылыктар жана Vt1 жана Vt2 чыңалуусу үчүн бирдей. Сиз жаздырган чекиттердин эки топтомунун биринен биз ордун эсептей алабыз:

C сиздин чыныгы Роффко жакын болушу керек, менин симуляциямдан бул баалуулуктарды эсептеп чыктым:

Бул каршылыктан башыбыздагы формуланы колдонуп температурабызды таба алабыз:

Жана бүттү, Arduino коду төмөндө, эгер сизде кандайдыр бир көйгөйлөр болсо, комментарий калтырыңыз, мен жардам берүүгө аракет кылам.

Мен жасаган схеманын эч кандай сүрөттөрү жок, мен муну бир аз мурун жасадым жана PT100 жок, бирок кайра иштеп чыгууга жана текшерүүгө болбойт, бирок сиз анын иштээрине ишенишиңиз керек. Мен тапкан Instructables боюнча PT100 жөнүндө көп нерсе жок, ошондуктан мен муну ible кылдым.

Кийинки кадамда мен PT100 убактысынын жообу жөнүндө сөз кылам жана эгерде математика кызыктырбаса, температуранын өзгөрүшүн өлчөп жатканда, PT100 окуусун алуудан мурун бир мүнөткө чечилсин.

Эгерде сиз менин башка долбоорлорумду көргүңүз келсе, менин баракчама баш багыңыз

Блог: Roboroblog

YouTube каналы: Roboro

Же менин башка көрсөтмөлөрүмдү караңыз: бул жерде

Эгерде HTML төмөнкү код менен чаташтырса, код тиркелет

* Бул код PT100 аркылуу температураны эсептейт

* Роборо тарабынан жазылган * Github: <a href = "https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… <a href =" https://github.com/RonanB96/Read-Temp- From-PT100-… <a href = "https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… >>>>>>>>> * Circuit: <a href=" href="https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… <a href=" https://github.com/ronanb96/read-temp-from-pt100-…="">>>>>>>>>> * Blog: <a href=" href="https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… <a href=" https://github.com/ronanb96/read-temp-from-pt100-…="">>>>>>>>>> * Instrustable Post: <a href=" href="https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… <a href=" https://github.com/ronanb96/read-temp-from-pt100-…="">>>>>>>>>> * */ //You'll need to download this timer library from here //https://www.doctormonk.com/search?q=timer #include "Timer.h" // Define Variables float V; float temp; float Rx; // Variables to convert voltage to resistance float C = 79.489; float slope = 14.187; // Variables to convert resistance to temp float R0 = 100.0; float alpha = 0.00385; int Vin = A0; // Vin is Analog Pin A0 Timer t; // Define Timer object

void setup() {

Serial.begin(9600); // Set Baudrate at 9600 pinMode(Vin, INPUT); // Make Vin Input t.every(100, takeReading); // Take Reading Every 100ms } void loop() { t.update(); // Update Timer } void takeReading(){ // Bits to Voltage V = (analogRead(Vin)/1023.0)*5.0; // (bits/2^n-1)*Vmax // Voltage to resistance Rx = V*slope+C; //y=mx+c // Resistance to Temperature temp= (Rx/R0-1.0)/alpha; // from Rx = R0(1+alpha*X) // Uncommect to convet celsius to fehrenheit // temp = temp*1.8+32; Serial.println(temp); }

Step 6: Time Response of PT100

Ошентип, мен PT100 жай жооп берерин айттым, бирок биз каалаган убакта PT100 тарабынан окулган учурдагы температуранын формуласын ала алабыз. PT100 жообу - бул биринчи даражадагы жооп, аны Лаплас терминдеринде, башкача айтканда, өткөрүп берүү функциясы менен жазууга болот:

мында tau (τ) - убакыт константасы, K - системанын пайдасы жана s - Лаплас оператору, ал jω деп жазылышы мүмкүн, мында ω жыштык.

Убакыт константасы сизге биринчи тартип системасынын жаңы нарк менен эсептешүүгө канча убакыт кетээрин жана эреже же бармактын 5*tau жаңы туруктуу абалга жайгашуу үчүн канча убакыт керек экенин айтат. Кирешеси сизге канча киреше күчөтүлөрүн айтат. PT100 менен, пайда бул каршылыктын температуранын өзгөрүшүнө карата бөлүнүшү, бул маалымат барагынан эки кокустук маанини тандоодо, мен 0.3856 ом/С пайда алдым.

Мен айткандан мурун, сиз зондду суюктукка салгандан кийин, ысык же муздак болгондон кийин, ар 2 секундада бир жолу чыңалууну жаздыра аласыз, мындан системанын убакыт константасын эсептей алабыз. Адегенде сиз баштапкы чекитти жана аяктоочу чекитти аныкташыңыз керек, башталгыч чекитти суюктукка салардан мурун чыңалуу, ал эми чекит ал жайгашып калганда. Кийинчерээк аларды алып салгыла, бул кадамдын чыңалуусунун өзгөрүшү, сиз өткөргөн тест бул кадамдын өзгөрүшү болгон, бул системага киргизилген капыстан өзгөрүү, кадам температура. Эми графигиңизде чыңалуу өзгөрүүсүнүн 63.2% га барыңыз жана бул убакыт туруктуу.

Эгерде сиз бул маанини өткөрүп берүү функциясына туташтырсаңыз, анда системалардын жыштыгына жооп берүү формуласы бар, бирок бул азыр биз каалагандай эмес, биз температуранын бир кадамы үчүн t мезгилиндеги чыныгы температураны каалайбыз, ошондуктан биз бара жатабыз системага бир кадамдын тескери Лаплас трансформациясын жасаш керек. Бир кадамды киргизүү менен биринчи даражадагы системанын өткөрүп берүү функциясы төмөнкүдөй:

Бул жерде Ks - кадамдын өлчөмү, башкача айтканда температуранын айырмасы. Келгиле, иликтөө 20 градуста чечилет, 30 градуска чейин сууга салынат жана иликтөөчү 8s убакыт константасына ээ, өткөрүп берүү функциясы жана убакыт доменинин формуласы төмөнкүчө:

Δ (t) жөн эле импульсту билдирет, бул учурда DC 20 градус С жылышын билдирет, сиз муну эсептөөдө теңдемелериңизге 20 эле жаза аласыз. Бул биринчи тартип системасына кадам үчүн стандарттык теңдеме:

Жогорудагы убакыт температураны t деп эсептейт, бирок бул чыңалуу үчүн иштейт, анткени алар бири -бирине пропорционалдуу, сизге жөн гана баштоо жана аяктоо мааниси, убакыт туруктуу жана кадамдын өлчөмү керек. Symbolab деп аталган веб -сайт математикаңыздын туура экендигин текшерүү үчүн эң сонун, ал Лаплас, интеграция, дифференциация жана башка көптөгөн нерселерди жасай алат жана сизге жолдогу бардык кадамдарды берет. Жогорудагы тескери Лапластын өзгөрүүсүн бул жерден тапса болот.