PT100 va Arduino yordamida haroratni o'lchash: 16 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Loyihaning maqsadi - haroratni sezish tizimini loyihalash, qurish va sinovdan o'tkazish. Tizim 0 dan 100 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ini o'lchash uchun mo'ljallangan. Haroratni o'lchash uchun PT100 ishlatilgan va uning qarshiligini atrofdagi haroratga qarab o'zgartiradigan qarshilik harorati detektori (RTD) hisoblanadi.

1 -qadam: uskunalar

1x PT100

1x non paneli

2x 2,15 kohmli rezistorlar

1x 100 ohmli qarshilik

Simlar

Quvvatlantirish manbai

Differentsial kuchaytirgich

2 -qadam: PT100 haqida

Loyihamiz doirasida bizga atrofdagi haroratni 0 darajadan 100 darajagacha o'lchash vazifasi yuklangan. Biz quyidagi sabablarga ko'ra PT100 dan foydalanishga qaror qildik:

PT100 -haroratni -200 darajadan maksimal 850 darajagacha o'lchash mumkin bo'lgan qarshilik haroratini aniqlovchi (RTD), lekin odatda 200 darajadan yuqori haroratni o'lchash uchun ishlatilmaydi. Bu diapazon bizning talablarimizga javob beradi.

Ushbu sensor ma'lum bir atrof -muhit haroratiga qarshilik ko'rsatadi. Sensorning harorati va qarshiligi o'rtasidagi bog'liqlik chiziqli. Bu, sensori talab qiladigan minimal sozlash bilan birga, kelajakda boshqa harorat diapazonlari zarur bo'lganda, qurbongoh bilan ishlashni osonlashtiradi.

PT100 shuningdek, sekin javob berish vaqtiga ega, lekin aniq. Bu xususiyatlar bizning maqsadimizga unchalik ta'sir qilmaydi va shuning uchun qaysi harorat sensori ishlatilishini hal qilishda unchalik ta'sirchan bo'lmagan.

3 -qadam: Wheatstone ko'prigi

Bug'doy toshli ko'prik noma'lum komponentni o'z ichiga olgan ko'prik sxemasining ikki oyog'ini muvozanatlash orqali noma'lum elektr qarshiligini o'lchash uchun ishlatiladi.

Zanjirning asosiy afzalligi uning 0V dan boshlanadigan chiqish voltajini olish qobiliyatidir.

Oddiy kuchlanish taqsimlagichidan foydalanish mumkin edi, lekin bu bizga hech qanday ofsetdan xalos bo'lishga imkon bermaydi, bu esa kuchlanishni kuchsizlantirishini samarasiz qiladi.

PT100 dagi qarshilik 100 dan 138.5055 gacha o'zgarib turadi, harorat 0 dan 100 darajagacha.

Bug'doy toshidan yasalgan ko'prik formulasi quyida keltirilgan, uni pdf -jadvaldan olingan turli diapazonlar uchun bug'doy toshidan yasalgan ko'prikni qayta o'lchash uchun ishlatish mumkin.

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

Bizning stsenariyimizda:

R2 bizning PT100 qarshiligimiz bo'ladi.

R1 R3 ga teng bo'ladi.

0 V da 0 daraja Selsiyda chiqish uchun R4 100 ohmga teng bo'lishi kerak.

Vout -ni 0V va Vinni 5V -ga o'rnatish bizga qarshilikni R1 va R2 = 2.2k ohm qiymatlarini olish imkonini beradi.

Biz 138.5055 ohmda sensorning qarshiligi uchun 100 daraja Selsiy = 80 mV kuchlanishini olishimiz mumkin.

4 -qadam: O'chirish simulyatsiyasi

Zanjirlarni simulyatsiya qilish vositasi, OrCAD Capture bizning davrimizni simulyatsiya qilish va har xil haroratda kutilgan kuchlanish chiqishlarini topish uchun ishlatilgan. Bu keyinchalik bizning tizim qanchalik to'g'ri ekanligini solishtirish uchun ishlatiladi.

O'chirish vaqtini pt100 qarshiligini 100 ohmdan 138.5055 ohmgacha 3.85055 ohmlik qadam bilan o'zgartiradigan paramatik tozalash yordamida vaqtinchalik vaqtni tahlil qilish orqali simulyatsiya qilindi.

5 -qadam: Simulyatsiya qilingan natijalar

Yuqoridagi natijalar kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish va qarshilik qiymatlarining chiziqli aloqasini ko'rsatadi.

Keyin natijalar excel -ga kiritildi va chizildi. Excel bu qiymatlar bilan bog'langan chiziqli formulani beradi. Sensorning chiziqli va chiqish voltaj diapazonini tasdiqlash.

6 -qadam: O'chirish sxemasini yaratish

O'chirish ikkita 2,2k ohmli rezistor va 100 ohmli rezistor yordamida amalga oshirildi.

Rezistorlar +5%gacha bardoshli. Har xil qarshilik qiymatlari ko'prikni 0 gradusda muvozanatsiz bo'lishiga olib keladi.

Parallel rezistorlar 100 ohmli qarshilikka ketma -ket qo'shilib, R4 ni imkon qadar 100 ohmga yaqinlashtirish uchun nominal qarshilik miqdorini qo'shdi.

Bu 0.00021V chiqish voltajini ishlab chiqardi, bu 0V ga juda yaqin.

R1 - 2 1638 ohm, R3 - 2 1572 ohm. R1 va R3 ni to'liq tenglashtirish uchun ko'proq muvozanatli ko'prik berib, ko'proq rezistorni ulash mumkin.

mumkin bo'lgan xatolar:

Har xil harorat qiymatlarini sinab ko'rish uchun ishlatiladigan o'zgaruvchan qarshilik qutisi noto'g'ri bo'lishi mumkin

7 -qadam: o'lchangan natijalar

O'lchov natijalarini quyida ko'rish mumkin.

Haroratning o'zgarishi o'zgaruvchan qarshilik qutisi yordamida o'lchandi, R2 qarshiligini PT100 ma'lumotlar jadvalida mavjud bo'lgan turli qarshiliklarga o'rnatish.

Bu erda topilgan formula haroratning chiqishini aniqlash uchun kodning bir qismi sifatida ishlatiladi.

8 -qadam: Kattaroq harorat oralig'i uchun

Agar juda yuqori haroratni qayd etish zarur bo'lsa, K tipidagi termojuft elektronga kiritilishi mumkin. K tipidagi termojuft -270 dan 1370 darajagacha bo'lgan harorat oralig'ini o'lchashi mumkin.

Termojuftlar termoelektrik effekt asosida ishlaydi, harorat farqi potentsial farqni (kuchlanish) hosil qiladi.

Termokupllar ikki harorat farqiga qarab ishlayotganda, mos yozuvlar kesishmasidagi haroratni bilish kerak.

Termojuft bilan o'lchashning ikkita usuli mavjud:

PT100 sensori mos yozuvlar ulanish joyiga joylashtirilishi va mos yozuvlar kuchlanishini o'lchashi mumkin edi

Termojuftning mos yozuvlar bo'g'ini muzli hammomga joylashtirilishi mumkin, u doimiy 0 daraja Selsiy bo'ladi, lekin bu loyiha uchun amaliy bo'lmaydi

9 -qadam: Sharh: Differentsial kuchaytirgich bosqichi

Differentsial kuchaytirgich qurilishning ajralmas qismi hisoblanadi. Differentsial kuchaytirgich, asosan, teskari va teskari bo'lmagan kuchaytirgichni bitta sxemaga birlashtiradi. Albatta, har qanday qurilishda bo'lgani kabi, u ham o'z cheklovlariga ega, ammo keyingi bosqichlarda ko'rsatilgandek, bu, albatta, 5V to'g'ri chiqishini olishga yordam beradi.

10 -qadam: Differentsial kuchaytirgich haqida

Differentsial kuchaytirgich operatsion kuchaytirgichdir. U Wheatstone ko'prigining kuchlanishini mV dan V gacha kuchaytirishning ushbu sxemasini ishlab chiqishda muhim rol o'ynaydi va Arduino tomonidan kiritilgan kuchlanish sifatida o'qiladi. Bu kuchaytirgich ikkita kuchlanishli kirishni oladi va ikkita signal orasidagi farqni kuchaytiradi. Bunga differentsial kuchlanish kiritish deyiladi. Keyin differentsial kuchlanish kiritilishi kuchaytirgich tomonidan kuchaytiriladi va uni kuchaytirgich chiqishida kuzatish mumkin. Kuchaytirgich kirishlari oldingi qismdagi Wheatstone ko'prigining kuchlanish bo'linishidan olinadi.

11 -qadam: afzalliklari va cheklovlari

Differentsial kuchaytirgich o'zining ijobiy va salbiy tomonlariga ega. Bunday kuchaytirgichdan foydalanishning asosiy afzalligi - qurilish qulayligi. Ushbu oson qurilish natijasida, bu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan muammolarni bartaraf etishni osonlashtiradi va samaraliroq qiladi.

Bunday kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tomoni shundaki, kuchaytirgichning daromadini to'g'rilash uchun daromadni aniqlash rezistorlari (teskari aloqa rezistori va erga ulangan rezistor) o'chirilishi kerak, bu vaqt sarflanishi mumkin. Ikkinchidan, op-amp CMRR-ning nisbatan past darajasiga ega (umumiy rejim rad etish nisbati), bu kirish ofset kuchlanishining ta'sirini yumshatish uchun ideal emas. Shunday qilib, biz kabi konfiguratsiyada yuqori CMRRga ega bo'lish ofset kuchlanishining ta'sirini yumshatish uchun muhim ahamiyatga ega.

12 -qadam: Kerakli chiqish daromadini tanlash

Op-ampda kontaktlarning zanglashiga ulangan 4 ta rezistor mavjud. Kirish kuchlanishidagi ikkita mos keladigan rezistor, ikkinchisi erga ulangan, shuningdek teskari aloqa rezistori. Bu ikkita qarshilik op-ampning kirish empedansi bo'lib xizmat qiladi. Odatda, 10-100 kilohm oralig'idagi qarshilik etarli bo'lishi kerak, lekin bu rezistorlar o'rnatilgandan so'ng, daromadni kiruvchi rezistorning kirish qarshiligiga kiruvchi rezistorning kirish qarshiligiga nisbati bilan tenglashtirish orqali daromadni aniqlash mumkin. (Rf/Rin).

Erga ulangan qarshilik, shuningdek teskari aloqa qarshiligi mos keladi. Bu daromadni aniqlaydigan rezistorlar. Yuqori kirish empedansiga ega bo'lgan holda, u kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ta'sirini kamaytiradi, ya'ni nazorat qilinmasa halokatli ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan yuqori oqim oqimining qurilmadan o'tishiga to'sqinlik qiladi.

13 -qadam: ARDUINO MICROCONTROLLER

Arduino - bu raqamli va analog kirish -chiqish portlariga ega dasturlashtiriladigan mikrokontroller. Mikrokontroller analog kirish pimi orqali kuchaytirgichdan kuchlanishni o'qish uchun dasturlashtirilgan. Birinchidan, Arduino 0-5 V zanjirining chiqish diapazonidagi kuchlanishni o'qiydi va uni 0-1023 DU ga o'zgartiradi va u qiymatni chop etadi. Keyinchalik, analog qiymat 5 ga ko'paytiriladi va kuchlanish qiymatini olish uchun 1023 ga bo'linadi. 0-100 S gacha bo'lgan harorat oralig'ining aniq shkalasini berish uchun bu qiymat 20 ga ko'paytiriladi.

Ofset va sezuvchanlik qiymatlarini olish uchun A0 kirish pinidan o'qishlar PT100 uchun har xil qiymatlar bilan olingan va chiziqli tenglamani olish uchun grafik chizilgan.

Ishlatilgan kod:

void setup () {Serial.begin (9600); // kompyuter bilan ketma -ket ulanishni boshlang

pinMode (A0, INPUT); // kuchaytirgichdan chiqish shu pinga ulanadi

}

bo'sh halqa ()

{float ofset = 6.4762;

float sezuvchanligi = 1.9971;

int AnalogValue = analogRead (A0); // A0 ga kirishni o'qing

Serial.print ("Analog qiymat:");

Serial.println (AnalogValue); // kirish qiymatini chop eting

kechikish (1000);

float DigitalValue = (AnalogValue * 5) / (1023); // 5 ga ko'paytirib, diapazonni 0-100 darajaga bering

Serial.print ("Raqamli qiymat:");

Serial.println (DigitalValue); // analog kuchlanish qiymati

float temp = (AnalogValue - ofset)/sezuvchanlik;

Serial.print ("Harorat qiymati:");

Serial.println (temp); // bosib chiqarish harorati

kechikish (5000);

}

14 -qadam: Muammolarni bartaraf etish

Op-amperga 15V va bug'doy toshli ko'prik va arduino uchun 5V kuchlanish umumiy asosga ega bo'lishi kerak. (barcha 0v qiymatlari bir -biriga ulanishi kerak.)

Qisqa tutashuvlar yo'qligini ta'minlash uchun har bir rezistordan keyin kuchlanish pasayishiga ishonch hosil qilish uchun voltmetrdan foydalanish mumkin.

Agar natijalar turlicha va turg'un bo'lsa, ishlatilgan simlar simning qarshiligini o'lchash uchun voltmetr yordamida tekshirilishi mumkin, agar qarshilik "oflayn" deb yozilsa, bu cheksiz qarshilik mavjudligini va simning ochiq zanjirga ega ekanligini bildiradi.

Simlar 10 ohmdan kam bo'lishi kerak.

Bug'doy toshi ko'prigidagi kuchlanish farqi minimal harorat oralig'ida 0V bo'lishi kerak, agar ko'prik muvozanatli bo'lmasa, buning sababi quyidagicha bo'lishi mumkin.

Rezistorlar bardoshliligiga ega, ya'ni bug'doy toshining ko'prigi muvozanatsiz bo'lishiga olib kelishi mumkin bo'lgan xato bo'lishi mumkin, agar kontaktlarning zanglashidan chiqarilsa, qarshiliklarni voltmetr bilan tekshirish mumkin. Ko'prikni muvozanatlash uchun kichikroq rezistorlar ketma -ket yoki parallel ravishda qo'shilishi mumkin.

Seriya = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

15 -qadam: qayta o'lchash

Tizimni boshqa haroratda qayta o'lchash formulasi va usulini bug'doy toshi ko'prigi qismida topish mumkin. Bu qiymatlar topilgach va sxema o'rnatilsa:

PT100 qarshilik qutisi bilan almashtirilishi kerak, qarshilik qiymatlari biriktirilgan pdf -dan olingan tegishli qarshilik qiymatlari yordamida yangi harorat oralig'idan sozlanishi kerak.

O'lchangan kuchlanish va qarshiliklar x o'qida harorat (qarshilik) va y bo'yicha kuchlanish bilan Excelda chizilgan bo'lishi kerak.

Bu uchastkadan formula beriladi, ofset qo'shiladigan sobit bo'ladi va sezuvchanlik x ga ko'paytirilgan son bo'ladi.

Ushbu qiymatlar kodda o'zgartirilishi kerak va siz tizimni muvaffaqiyatli o'chirdingiz.

16 -qadam: Arduino -ni sozlash

elektron kuchaytirgichining chiqishini Arduino A0 kirish piniga ulang

Arduino Nano -ni kompyuterga USB port orqali ulang.

kodni Arduino eskiz ish maydoniga joylashtiring.

Kodni kompilyatsiya qiling.

Asboblar> Kengash> Arduino Nano -ni tanlang.

Asboblar> Port> COM portini tanlang.

Kodni Arduino -ga yuklang.

Chiqarilgan raqamli qiymat-bu op-ampning kuchlanish chiqishi (0-5V bo'lishi kerak)

Harorat qiymati - bu tizimlarning Selsiy bo'yicha o'qiladigan harorati.