PT100 ба Arduino ашиглан температурыг хэмжих: 16 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Энэхүү төслийн зорилго нь температур мэдрэгч системийг зохион бүтээх, бүтээх, турших явдал юм. Систем нь 0 -ээс 100 хэм хүртэл температурыг хэмжих зориулалттай. Температурыг хэмжихийн тулд PT100 төхөөрөмжийг ашигласан бөгөөд энэ нь хүрээлэн буй орчны температураас хамааран эсэргүүцлийг өөрчилдөг эсэргүүцлийн температур илрүүлэгч (RTD) юм.

Алхам 1: Төхөөрөмж

1х PT100

1х талхны самбар

2х 2.15 кох резистор

1х 100 Ом эсэргүүцэл

Утас

Цахилгаан хангамж

Дифференциал өсгөгч

Алхам 2: PT100 -ийн тухай

Төслийнхөө хүрээнд бид орчны температурыг 0 хэмээс 100 хэм хүртэл хэмжих үүрэгтэй. Бид дараах шалтгааны улмаас PT100 ашиглахаар шийдсэн.

PT100 нь эсэргүүцлийн температур илрүүлэгч (RTD) бөгөөд температурыг -200 хэмээс хамгийн ихдээ 850 хэм хүртэл хэмждэг боловч ихэвчлэн 200 хэмээс дээш температурыг хэмжихэд ашигладаггүй. Энэ хүрээ нь бидний шаардлагыг хангаж байна.

Энэхүү мэдрэгч нь тухайн орчны температурт эсэргүүцэл үүсгэдэг. Мэдрэгчийн температур ба эсэргүүцлийн хоорондын хамаарал шугаман байна. Энэ нь мэдрэгчийн шаарддаг хамгийн бага тохируулгын хамт ирээдүйд бусад температурын хязгаар шаардлагатай бол ажиллах боломжтой бөгөөд тахилын ширээтэй болно.

PT100 нь хариу өгөх хугацаа удаан боловч үнэн зөв байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь бидний зорилгод төдийлөн нөлөөлдөггүй бөгөөд ямар температур мэдрэгч ашиглахаа шийдэхэд тийм ч их нөлөө үзүүлээгүй.

Алхам 3: Wheatstone гүүр

Улаан буудайн гүүр нь үл мэдэгдэх бүрэлдэхүүн хэсгийг багтаасан гүүрний хэлхээний хоёр хөлийг тэнцвэржүүлэх замаар үл мэдэгдэх цахилгаан эсэргүүцлийг хэмжихэд ашигладаг.

Хэлхээний гол давуу тал нь 0В -ээс эхлэх гаралтын хүчдэлийн хүрээг авах чадвар юм.

Энгийн хүчдэл хуваагчийг ашиглаж болох боловч ямар ч офсетыг арилгах боломжийг бидэнд олгодоггүй бөгөөд энэ нь хүчдэлийн гаралтыг нэмэгдүүлэх нь үр дүн багатай болгодог.

PT100 эсэргүүцэл нь Цельсийн 0-100 градусын температурт 100-138.5055 хооронд хэлбэлздэг.

Улаан буудайн гүүрний томъёог доор харуулав, үүнийг хавсаргасан pdf хүснэгтээс авсан янз бүрийн хүрээний улаан буудайн гүүрийг дахин хэмжихэд ашиглаж болно.

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

Бидний хувилбарт:

R2 нь бидний PT100 эсэргүүцэл байх болно.

R1 нь R3 -тай тэнцүү байх болно.

Цельсийн 0 градусын 0В -ийг гаргахын тулд R4 нь 100 омтой тэнцүү байх шаардлагатай.

Vout -ийг 0V, Vin -ийг 5V болгож тохируулах нь R1 ба R2 = 2.2k ом -ийн утгыг эсэргүүцэх боломжийг бидэнд олгодог.

Дараа нь бид мэдрэгчийн эсэргүүцлийг 138.5055 ом -т оруулж, Цельсийн 100 градус = 80мВ -ийн гаралтын хүчдэлийг авах боломжтой.

Алхам 4: Хэлхээг дуурайх

OrCAD Capture хэлхээг загварчлах хэрэгсэл нь бидний хэлхээг дуурайж, өөр өөр температурт хүлээгдэж буй хүчдэлийн гаралтыг олоход ашиглагддаг. Үүнийг манай систем хэр үнэн зөв байсныг харьцуулахын тулд хожим ашиглах болно.

Pt100 эсэргүүцлийг 100 ом -оос 138.5055 ом хүртэл 3.85055 ом алхамаар өөрчилсөн параматик цэвэрлэгээ ашиглан түр зуурын хугацааны шинжилгээ хийснээр загварыг хийжээ.

Алхам 5: Дуурайх үр дүн

Дээрх үр дүн нь хэлхээний гаралтын хүчдэл ба эсэргүүцлийн утгуудын шугаман хамаарлыг харуулж байна.

Дараа нь үр дүнг excel -д оруулаад диаграммд оруулав. Excel нь эдгээр утгатай холбоотой шугаман томъёог өгдөг. Мэдрэгчийн шугаман байдал ба гаралтын хүчдэлийн хүрээг баталгаажуулах.

Алхам 6: Цахилгаан хэлхээг бий болгох

Уг хэлхээг 2.2 к омын хоёр резистор ба 100 омын эсэргүүцэл ашиглан нийлүүлэв.

Эсэргүүцэл нь +-5%-ийн хүлцэлтэй байдаг. Эсэргүүцлийн янз бүрийн утга нь гүүрийг 0 градусын тэнцвэргүй байдалд хүргэдэг.

Зэрэгцээ эсэргүүцлийг 100 ом эсэргүүцэлд цувралаар нэмж, R4 -ийг аль болох 100 ом -той ойртуулахын тулд эсэргүүцлийн нэрлэсэн хэмжээг нэмэв.

Энэ нь 0V -тэй ойролцоо 0.00021V гаралтын хүчдэлийг бий болгосон.

R1 нь 2, 1638 ом, R3 нь 2, 1572 ом байна. R1 ба R3 -ийг тэнцүү болгохын тулд илүү их эсэргүүцэл холбож, тэнцвэртэй гүүрийг өгч болно.

болзошгүй алдаа:

Өөр өөр температурын утгыг туршихад ашигладаг хувьсах эсэргүүцэл хайрцаг нь буруу байж магадгүй юм

Алхам 7: Үр дүнг хэмжих

Хэмжилтийн үр дүнг доороос харж болно.

Температурын өөрчлөлтийг R2 эсэргүүцлийг PT100 мэдээллийн хүснэгтээс олж болох өөр өөр эсэргүүцэлд тохируулахын тулд хувьсах эсэргүүцэл хайрцаг ашиглан хэмжсэн.

Энд байгаа томъёог температурын гаралтыг тодорхойлоход кодын нэг хэсэг болгон ашиглах болно.

Алхам 8: Илүү том температурын хувьд

Хэрэв маш өндөр температурыг бүртгэх шаардлагатай бол K хэлбэрийн термопарыг хэлхээнд оруулж болно. K хэлбэрийн термопар нь -270-1370 градусын температурын хязгаарыг хэмжих боломжтой.

Дулааны хосууд нь термоэлектрик эффект дээр суурилдаг бөгөөд температурын зөрүү нь боломжит зөрүүг үүсгэдэг (хүчдэл).

Thermocouples нь хоёр температурын зөрүү дээр үндэслэн ажилладаг тул лавлах уулзвар дахь температурыг мэдэх шаардлагатай.

Бидний ашиглаж болох термопар ашиглан хэмжих хоёр арга байдаг.

PT100 мэдрэгчийг лавлах уулзварт байрлуулж, лавлах хүчдэлийг хэмжих боломжтой

Термопарын лавлах уулзварыг мөсөн ваннд хийж болох бөгөөд энэ нь Цельсийн 0 градусын тогтмол температуртай боловч энэ төслийн хувьд боломжгүй юм

Алхам 9: Тойм: Дифференциал өсгөгчийн үе шат

Дифференциал өсгөгч нь бүтцийн салшгүй хэсэг юм. Дифференциал өсгөгч нь үндсэндээ урвуу болон урвуу биш өсгөгчийг нэг хэлхээнд нэгтгэдэг. Мэдээжийн хэрэг, аливаа бүтээцтэй адил өөрийн хязгаарлалттай байдаг боловч дараагийн хэдэн алхам дээр харуулснаар 5V -ийн зөв гаралтыг олж авахад туслах болно.

Алхам 10: Дифференциал өсгөгчийн тухай

Дифференциал өсгөгч нь үйл ажиллагааны өсгөгч юм. Энэ нь Wheatstone гүүрнээс mV -ээс V хүртэл хүчдэлийн гаралтыг нэмэгдүүлэх хэлхээний дизайнд гол үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд дараа нь Arduino -ийн хүчдэлийн оролт болгон уншдаг. Энэхүү өсгөгч нь хоёр хүчдэлийн оролтыг авч, хоёр дохионы ялгааг нэмэгдүүлдэг. Үүнийг дифференциал хүчдэлийн оролт гэж нэрлэдэг. Дифференциал хүчдэлийн оролтыг өсгөгчөөр олшруулж, өсгөгчийн гаралт дээр ажиглаж болно. Өсгөгчийн оролтыг өмнөх хэсэгт Wheatstone гүүрний хүчдэл хуваагчаас авдаг.

Алхам 11: Үр ашиг ба хязгаарлалт

Дифференциал өсгөгч нь өөрийн гэсэн давуу болон сул талуудтай байдаг. Ийм өсгөгч ашиглах гол давуу тал нь барилгын ажлыг хөнгөвчлөх явдал юм. Энэхүү хялбар бүтээн байгуулалтын үр дүнд хэлхээнд гарсан алдааг олж засварлах нь илүү хялбар бөгөөд илүү үр дүнтэй болно.

Ийм хэлхээг ашиглахын сул тал нь өсгөгчийн ашиг орлогыг тохируулахын тулд олз тодорхойлох эсэргүүцэл (эргэлтийн эсэргүүцэл ба газардуулгатай холбогдсон эсэргүүцэл) хоёуланг нь унтраасан байх ёстой бөгөөд үүнийг цаг хугацаа зарцуулж болно. Хоёрдугаарт, op-amp нь харьцангуй бага CMRR (нийтлэг горимоос татгалзах харьцаа) -тай бөгөөд оролтын офсет хүчдэлийн нөлөөг бууруулахад тийм ч тохиромжтой биш юм. Тиймээс манайх шиг тохиргоонд өндөр CMRR -тай байх нь офсет хүчдэлийн нөлөөг бууруулахад чухал үүрэгтэй.

Алхам 12: Хүссэн гарцын ашгийг сонгох

Оп-амп нь хэлхээнд холбогдсон 4 резистортой. Хүчдэлийн оролтонд тохирсон 2 резистор, нөгөө нь газардуулгатай холбогдсон, мөн эсэргүүцлийн эсэргүүцэл. Эдгээр хоёр резистор нь op-amp-ийн оролтын эсэргүүцэл болдог. Ихэвчлэн 10-100 киломын багтаамжтай эсэргүүцэл хангалттай байх ёстой, гэхдээ эдгээр резисторыг тохируулсны дараа оролтын аль нэг хэсэгт оролтын эсэргүүцэлтэй харьцах эсэргүүцлийн харьцааг тэнцүү байлгах замаар хүссэн гаралтын ашгийг тодорхойлж болно. (Rf/Rin).

Газартай холбогдсон резистор, түүнчлэн санал хүсэлтийн эсэргүүцэл нь хоорондоо нийцдэг. Эдгээр нь ашиг олох эсэргүүцэл юм. Өндөр оролтын эсэргүүцэлтэй болсноор энэ нь хэлхээн дэх ачааллын нөлөөг багасгадаг, өөрөөр хэлбэл төхөөрөмжөөр дамжин өнгөрөх өндөр урсгалыг саатуулдаг бөгөөд хяналтгүй бол асар их үр дагаварт хүргэж болзошгүй юм.

Алхам 13: ARDUINO MICROCONTROLLER

Arduino бол дижитал болон аналог оролт/гаралтын портуудыг агуулсан програмчлагдах микроконтроллер юм. Микроконтроллер нь аналог оролтын зүүгээр өсгөгчийн хүчдэлийг уншихаар програмчлагдсан болно. Нэгдүгээрт, Arduino нь 0-5 В хэлхээний гаралтын хязгаараас хүчдэлийг уншиж, 0-1023 DU болгон хөрвүүлэх бөгөөд энэ нь утгыг хэвлэх болно. Дараа нь аналог утгыг 5 -аар үржүүлж 1023 -т хувааж хүчдэлийн утгыг авна. Энэ утгыг 20-оор үржүүлж, 0-100 С-ийн хоорондох температурын нарийвчилсан хуваарийг гаргана.

Офсет ба мэдрэмжийн утгыг авахын тулд A0 дээрх оролтын зүү дээрх уншилтыг PT100 -ийн өөр өөр утгуудаар авч, шугаман тэгшитгэлийг авахын тулд график зурсан болно.

Ашигласан код:

void setup () {Serial.begin (9600); // компьютертай цуваа холболтыг эхлүүлэх

pinMode (A0, INPUT); // өсгөгчийн гаралтыг энэ зүүтэй холбох болно

}

хоосон давталт ()

{хөвөх офсет = 6.4762;

хөвөх мэдрэмж = 1.9971;

int AnalogValue = analogRead (A0); // A0 дээрх оролтыг уншина уу

Serial.print ("Аналог утга:");

Serial.println (AnalogValue); // оролтын утгыг хэвлэх

саатал (1000);

float DigitalValue = (AnalogValue * 5) / (1023); // 5-аар мулт хийж 0-100 градусын хооронд хэлбэлзүүлнэ

Serial.print ("Дижитал утга:");

Serial.println (DigitalValue); // аналог хүчдэлийн утга

float temp = (AnalogValue - офсет)/мэдрэмж;

Serial.print ("Температурын утга:");

Serial.println (temp); // хэвлэх температур

саатал (5000);

}

Алхам 14: Алдааг олж засварлах

Оп-амп руу 15V, буудайн гүүр, ардуино руу 5V нийлүүлэх нь нийтлэг ойлголттой байх ёстой. (бүх 0v утгыг хооронд нь холбох шаардлагатай.)

Богино холболт байхгүй байхын тулд резистор бүрийн дараа хүчдэл буурч байгаа эсэхийг шалгахын тулд вольтметр ашиглаж болно.

Хэрэв үр дүн нь харилцан адилгүй, тогтворгүй байвал хэрэглэсэн утсыг вольтметр ашиглан утасны эсэргүүцлийг хэмжих замаар шалгаж болно, хэрэв эсэргүүцэл нь "офлайн" гэж хэлбэл хязгааргүй эсэргүүцэл байгаа бөгөөд утас нь нээлттэй хэлхээтэй байна гэсэн үг юм.

Утас нь 10 ом -оос бага байх ёстой.

Улаан буудайн гүүр дээрх хүчдэлийн зөрүү нь температурын хязгаарын хамгийн бага хязгаарт 0В байх ёстой, гүүр нь тэнцвэртэй биш бол дараахь шалтгаан байж болно.

Резисторууд нь хүлцэх чадвартай байдаг бөгөөд энэ нь улаан буудайн гүүрийг тэнцвэргүй болгоход алдаа гаргаж болзошгүй гэсэн үг бөгөөд хэрэв хэлхээнээс хасагдсан бол эсэргүүцлийг вольтметрээр шалгаж болно. Гүүрийг тэнцвэржүүлэхийн тулд жижиг резисторуудыг цуврал эсвэл зэрэгцээ нэмж болно.

Rseries = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

Алхам 15: Дахин хальслах

Системийг өөр температурт дахин хэмжих томъёо, аргыг улаан буудайн гүүрний хэсгээс олж болно. Эдгээр утгыг олж, хэлхээг тохируулсны дараа:

PT100 -ийг резистор хайрцгаар солих шаардлагатай бөгөөд хавсаргасан pdf -ээс авсан эсэргүүцлийн зохих утгыг ашиглан эсэргүүцлийн утгыг шинэ температурын хязгаараас тохируулах ёстой.

Хэмжсэн хүчдэл ба эсэргүүцлийг x тэнхлэгт температур (эсэргүүцэл), y дээр хүчдэлээр хэмжих ёстой.

Энэ схемээс томъёо өгөх болно, офсет нь нэмэгдсэн тогтмол байх ба мэдрэмж нь x -ээр үржигдэх тоо байх болно.

Эдгээр утгыг код дээр өөрчлөх ёстой бөгөөд та системийг амжилттай өөрчилсөн болно.

Алхам 16: Arduino -г тохируулах

хэлхээний өсгөгчийн гаралтыг Arduino -ийн A0 оролтын зүүтэй холбоно уу

Arduino Nano -г компьютер дээрх USB портоор холбоно уу.

кодыг Arduino тойм зургийн ажлын талбарт буулгана уу.

Кодыг эмхэтгэх.

Tools> Board> Arduino Nano -г сонгоно уу.

Хэрэгслүүд> Порт> COM портыг сонгоно уу.

Кодыг Arduino руу байршуулна уу.

Гарсан дижитал утга нь op-amp-ийн хүчдэлийн гаралт (0-5V байх ёстой)

Температурын утга нь Цельсийн хэмжигдэхүүн дэх системийн унших температур юм.