用于低温试验的多通道高精度铂电阻测温电路
发布时间：2021-10-17 05:41
在低温推进剂蒸发量控制等低温试验中,高精度的温度测点数量多,并且要求必要时屏蔽失效的测点,导致调理电路成本较高。为解决上述问题,设计了一种适用于低温试验多通道温度测量的铂电阻测温电路。设计了恒流源电路、放大滤波电路。利用ATMega328P和串口屏开发了通道控制和人机交互界面。用于测温的多个铂电阻与已知参考电阻以同一个恒流源串联供电,通过比例式测量消除了恒流源性能对测量精度的影响。误差分析和测试校准证明其电阻测量精度达到0.05%,可广泛应用于实验室和试验现场的低温测量系统中。
【文章来源】：火箭推进. 2020,46(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
测温电路结构图
式中:I为负载电阻上的电流;Vset为输入电压Vin被仪表放大器的增益G拆分后的电压差。因为比例式测量不要求I的绝对精度和稳定性,所以该恒流源各部件对温度漂移、输入偏置电流的要求大大降低,元件选择应以低噪声为主要依据。在本设计中,高精度低温漂的电压基准芯片REF5045提供大小为4.5 V,噪声小于12 μV的Vin。运放U1选用低噪声,轨到轨输出的OPA333。仪表放大器U2选用轨到轨输入的INA326,当选择R2=200 kΩ,R1=40.2 kΩ时,可设置其增益 G=2R2/R1≈9.95。根据式(2),欲使I=1 mA左右(Pt100无自热效应的最大电流),则Rset应为453 Ω(1%)。恒流源可驱动的负载主要取决于负载上的电压Vload和电流设置电阻上的电压Vset。必须保证Vload+Vset在运放U1的输出电压范围内,同时Vload+Vset/2在仪表放大器U2的输入共模电压范围内。使用5 V供电时,按低温试验中的常用阻值范围(2～120 Ω)和电缆电阻(≤10 Ω)概算,最多可驱动约30个Pt100。
为了节省单片机的I/O口,应用74HC595芯片组成串入并出电路。74HC595是带有输出锁存功能的通用移位寄存器芯片,与继电器的连接如图 3所示。并行输出口Q1～Q7分别连接到光耦的输入端,以隔离后端负载的影响,同时连接LED进行状态显示。光耦的输出端控制NPN型达林顿管阵列ULN2803APG,驱动继电器工作。继电器的常开触点并联在Pt100两端,如欲关闭某测温通道,则令74HC595对应的并行输出口输出低电平,继电器闭合把该通道短路即可。如图1所示,仪表放大器的2个输入端以开尔文接法连接到Pt100两端,继电器的触点并联在输入端外侧,因此继电器触点状态应该不影响4线电阻测量。但是当闭合继电器,对放大电路和数据采集系统进行数字调零时,继电器的引线电阻和接触电阻将造成一定误差。因此,应选择接触电阻小的继电器,并使其连接到Pt100的线路尽量短。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂电阻型温度传感器信号调理电路设计[J]. 赵振宇,白洁,冯浩. 微电机. 2019(04)
[2]基于恒流源激励的PT100测温电路在锅炉控制系统中的应用与研究[J]. 党向婷,肖军. 电子设计工程. 2019(05)
[3]发动机试验液氧贮箱放气系统动态特性研究[J]. 徐鸿鹏,张志涛,唐斌运,刘涛,董红兵. 火箭推进. 2018(05)
[4]基于Pt100的配电终端温度测量系统设计[J]. 廖晖,刘述钢,高永毅. 信息通信. 2018(09)
[5]密闭容器漏热液氢饱和过程分析[J]. 梁怀喜,韩战秀,李清. 火箭推进. 2018(03)
[6]基于PT100的高精度温度测量电路的设计[J]. 顾吉林,刘淼,耿杨,汤宏山,王聆语,于月,吴茜. 测控技术. 2018(05)
[7]推进飞行器低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案研究[J]. 李鹏,孙培杰,盛敏健,包轶颖,励吉鸿. 载人航天. 2018(01)
[8]基于ADS1148的铂电阻测温电路设计[J]. 张晓曦,窦爱萍,贾超群. 信息通信. 2017(04)
[9]NASA低温推进剂长期在轨贮存与传输技术验证及启示[J]. 张少华,曹岭,刘海飞,贲勋,申麟. 导弹与航天运载技术. 2017(03)
[10]低温推进剂贮箱绝热性能实验研究[J]. 郑建朋,崔晨,陈六彪,郭嘉,周远,王俊杰. 真空与低温. 2016(01)
硕士论文
[1]低温流体输送过程中基于铂电阻温度传感器测温误差建模与分析[D]. 王永.东南大学 2017
本文编号：3441218
【文章来源】：火箭推进. 2020,46(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
测温电路结构图
式中:I为负载电阻上的电流;Vset为输入电压Vin被仪表放大器的增益G拆分后的电压差。因为比例式测量不要求I的绝对精度和稳定性,所以该恒流源各部件对温度漂移、输入偏置电流的要求大大降低,元件选择应以低噪声为主要依据。在本设计中,高精度低温漂的电压基准芯片REF5045提供大小为4.5 V,噪声小于12 μV的Vin。运放U1选用低噪声,轨到轨输出的OPA333。仪表放大器U2选用轨到轨输入的INA326,当选择R2=200 kΩ,R1=40.2 kΩ时,可设置其增益 G=2R2/R1≈9.95。根据式(2),欲使I=1 mA左右(Pt100无自热效应的最大电流),则Rset应为453 Ω(1%)。恒流源可驱动的负载主要取决于负载上的电压Vload和电流设置电阻上的电压Vset。必须保证Vload+Vset在运放U1的输出电压范围内,同时Vload+Vset/2在仪表放大器U2的输入共模电压范围内。使用5 V供电时,按低温试验中的常用阻值范围(2～120 Ω)和电缆电阻(≤10 Ω)概算,最多可驱动约30个Pt100。
为了节省单片机的I/O口,应用74HC595芯片组成串入并出电路。74HC595是带有输出锁存功能的通用移位寄存器芯片,与继电器的连接如图 3所示。并行输出口Q1～Q7分别连接到光耦的输入端,以隔离后端负载的影响,同时连接LED进行状态显示。光耦的输出端控制NPN型达林顿管阵列ULN2803APG,驱动继电器工作。继电器的常开触点并联在Pt100两端,如欲关闭某测温通道,则令74HC595对应的并行输出口输出低电平,继电器闭合把该通道短路即可。如图1所示,仪表放大器的2个输入端以开尔文接法连接到Pt100两端,继电器的触点并联在输入端外侧,因此继电器触点状态应该不影响4线电阻测量。但是当闭合继电器,对放大电路和数据采集系统进行数字调零时,继电器的引线电阻和接触电阻将造成一定误差。因此,应选择接触电阻小的继电器,并使其连接到Pt100的线路尽量短。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂电阻型温度传感器信号调理电路设计[J]. 赵振宇,白洁,冯浩. 微电机. 2019(04)
[2]基于恒流源激励的PT100测温电路在锅炉控制系统中的应用与研究[J]. 党向婷,肖军. 电子设计工程. 2019(05)
[3]发动机试验液氧贮箱放气系统动态特性研究[J]. 徐鸿鹏,张志涛,唐斌运,刘涛,董红兵. 火箭推进. 2018(05)
[4]基于Pt100的配电终端温度测量系统设计[J]. 廖晖,刘述钢,高永毅. 信息通信. 2018(09)
[5]密闭容器漏热液氢饱和过程分析[J]. 梁怀喜,韩战秀,李清. 火箭推进. 2018(03)
[6]基于PT100的高精度温度测量电路的设计[J]. 顾吉林,刘淼,耿杨,汤宏山,王聆语,于月,吴茜. 测控技术. 2018(05)
[7]推进飞行器低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案研究[J]. 李鹏,孙培杰,盛敏健,包轶颖,励吉鸿. 载人航天. 2018(01)
[8]基于ADS1148的铂电阻测温电路设计[J]. 张晓曦,窦爱萍,贾超群. 信息通信. 2017(04)
[9]NASA低温推进剂长期在轨贮存与传输技术验证及启示[J]. 张少华,曹岭,刘海飞,贲勋,申麟. 导弹与航天运载技术. 2017(03)
[10]低温推进剂贮箱绝热性能实验研究[J]. 郑建朋,崔晨,陈六彪,郭嘉,周远,王俊杰. 真空与低温. 2016(01)
硕士论文
[1]低温流体输送过程中基于铂电阻温度传感器测温误差建模与分析[D]. 王永.东南大学 2017
本文编号：3441218
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