Matja e temperaturës nga PT100 duke përdorur Arduino: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-31 10:25

PT100 është një detektor i temperaturës së rezistencës (RTD) i cili ndryshon rezistencën e tij në varësi të temperaturës së tij përreth, përdoret gjerësisht për proceset industriale me dinamikë të ngadaltë dhe diapazone relativisht të gjera të temperaturës. Përdoret për procese dinamike të ngadalta sepse RTD -të kanë kohë të ngadaltë të përgjigjes (për të cilat flas më shumë më vonë), por janë të sakta dhe kanë lëvizje të ulët me kalimin e kohës. Ajo që do t'ju tregoj në këtë Udhëzues nuk do të ishte në përputhje me standardet industriale, por do t'ju ekspozojë në një mënyrë alternative për të matur temperaturën sesa përdorimi i LM35, të cilin shumë hobiistë do ta njihnin dhe teoria e qarkut e treguar mund të aplikohet në sensorë të tjerë.

Hapi 1: Përbërësit

1x PT100 (Dy tela)

1x Arduino (çdo model)

3x 741 Përforcuesit e Operacionit (LM741 ose UA741)

Rezistencë 1x 80ohm

2x 3.9kohms Rezistenca

2x 3.3kohms Rezistorë

2x 8.2kohms Rezistenca

2x Rezistorë 47kohms

Potenciometër 1x 5kohms

1x Dy Furnizime Terminale të Energjisë ose 8x Bateri 1.5V AA

Unë jam duke përdorur një PT100 me dy tela, PT100 me tre dhe katër tela do të kenë qarqe të ndryshme. Vlerat e rezistencës për shumicën e këtyre nuk duhet të jenë saktësisht të njëjta me ato të mësipërme, por nëse ka një palë rezistencë dmth 3.9 Kohms, nëse i ndërroni me le të themi 5k, do t'ju duhet t'i ndërroni të dyja me 5k si atëherë duhet të jetë e njëjtë. Kur të marrim qarkun do të them efektin e zgjedhjes së vlerave të ndryshme. Për përforcuesit e funksionimit (amplifikatorët op) mund të përdorni ampe të tjera op, por këto janë ato që kam përdorur.

Hapi 2: Ura e Grurit

Së pari duhet të flas për formulën për marrjen e temperaturës nga rezistenca për PT100 para se të flas për pjesën e parë të qarkut, formula për rezistencën është si më poshtë:

ku Rx është rezistenca PT100, R0 është rezistenca PT100 në 0 gradë C, α është koeficienti i rezistencës ndaj temperaturës dhe T është temperatura.

R0 është 100ohms pasi ky është një PT100, nëse do të ishte një PT1000, R0 do të ishte 1000ohms. α është 0.00385 ohms/gradë C e marrë nga fleta e të dhënave. Ekziston gjithashtu një formulë më e saktë që mund të gjendet këtu, por formula e mësipërme do të bëjë për këtë projekt. Nëse transferojmë formulën, mund të llogarisim temperaturën për një rezistencë të caktuar:

Le të themi se duam të masim diçka që do të kishte një gamë të temperaturës prej -51.85 deri në 130 gradë C dhe ne vendosëm PT100 në qarkun e treguar në figurën 1. Duke përdorur ekuacionin e mësipërm dhe ekuacionin për tensionin jashtë një ndarësi të tensionit (treguar në foton e parë) ne mund të llogarisim gamën e tensionit. Fundi i gamës T = -51.85 (80ohms)

dhe në 130 gradë (150ohms):

Kjo do të jepte një diapazon prej 0.1187V dhe një kompensim DC prej 0.142 sepse e dimë se temperatura jonë nuk do të bjerë kurrë nën -51.85 gradë C, kjo do të zvogëlojë ndjeshmërinë në intervalin për të cilin kujdesemi (80 deri në 130ohms) kur amplifikojmë këtë tension. Për të hequr qafe këtë kompensim DC dhe për të rritur ndjeshmërinë tonë ne mund të përdorim një urë Wheatstone e cila është treguar në foton e dytë.

Dalja e ndarësit të tensionit të dytë (Vb-) do të zbritet nga dalja e parë e ndarësit të tensionit (Vb+) duke përdorur një përforcues diferencial më vonë. Formula për daljen e urës është vetëm dy ndarës të tensionit:

Tensioni jashtë për PT100 është 80ohms dhe përdor vlerat e tjera në figurë:

dhe për Pt100 duke qenë 150ohms:

Duke përdorur gurin e grurit, ne heqim qafe kompensimin DC dhe rrisim ndjeshmërinë pas amplifikimit. Tani që e dimë se si funksionon ura Wheatstone mund të flasim pse përdorim 80ohms dhe 3.3kohms. 80ohms është disi e shpjeguar nga formula e mësipërme, zgjidhni këtë vlerë (ne do ta quajmë këtë rezistencë të kompensuar Roff) që të jetë diapazoni i poshtëm i temperaturës suaj ose edhe më mirë, pak nën fundin e diapazonit tuaj, nëse kjo përdoret për një sistem kontrolli për rregullimin e temperaturës ose diçka të tillë, ju do të dëshironi të dini se sa e ulët është temperatura duke u ulur nën kufirin tuaj të temperaturës. Pra, nëse -51.85C është fundi i gamës tuaj, përdorni 74.975 ohms (-65 gradë C) për Roff tuaj.

Zgjodha 3.3k për R1 dhe R3 për dy arsye, për të kufizuar rrymën dhe për të rritur linearitetin e daljes. Ndërsa PT100 ndryshon rezistencën për shkak të temperaturës, kalimi i shumë rrymës përmes tij do të japë lexime të pasakta për shkak të vetë-ngrohjes, kështu që unë zgjodha një rrymë maksimale prej 5-10mA. Kur PT100 është 80ohms, rryma është 1.775mA në mënyrë të sigurt nën kufirin maksimal. Ju zvogëloni rezistencën për të rritur ndjeshmërinë, por kjo mund të ketë një efekt negativ në linearitetin, pasi ne do të përdorim ekuacionin e një linje më vonë (y = mx+c) që ka një dalje jo-lineare do të sjellë gabime. Fotografia e tretë ka një grafik të daljes së urës duke përdorur rezistorë të ndryshëm të lartë, vija e ngurtë është dalja aktuale dhe vija me pika është përafrimi linear. Ju mund të shihni në grafikun blu të errët (R1 & R3 = 200ohms) jep gamën më të madhe të tensionit, por dalja është më pak lineare. Blu e çelët (R1 & R3 = 3.3kohms) jep gamën më të vogël të tensionit, por vija me pika dhe vija e ngurtë mbivendosen, duke treguar se lineariteti i saj është shumë i mirë.

Ndjehuni të lirë t'i ndryshoni këto vlera që i përshtaten aplikacionit tuaj, gjithashtu nëse ndryshoni tensionin, sigurohuni që rryma të mos bëhet shumë e lartë.

Hapi 3: Përforcimi

Në hapin e fundit, ne zbuluam se diapazoni i daljes së dy ndarësve të tensionit të zbritur ishte 0 në 0.1187, por ne nuk kemi folur se si t'i zbresim këto tensione. Për ta bërë këtë ne do të kemi nevojë për një përforcues diferencial i cili do të zbres njërën hyrje nga tjetra dhe do ta përforcojë këtë me fitimin e amplifikatorit. Qarku për një përforcues diferencial tregohet në foton e parë. Ju e ushqeni Vb+ në hyrjen përmbysëse dhe Vb- në hyrjen jo-përmbysëse dhe dalja do të jetë Vb+- Vb- me një fitim prej një dmth pa amplifikim, por duke shtuar rezistorët e treguar në figurë shtojmë një fitim prej 5.731 Me Fitimi jepet nga:

Ra është R5 & R7 dhe Rb është R6 & R8, tensioni jashtë jepet nga:

Ka dy probleme me lidhjen e këtij amplifikatori me daljen e urës, efektin e ngarkimit dhe ndryshimin e fitimit. Ndryshimi i fitimit të amplifikatorit kërkon që ju të ndryshoni të paktën dy rezistorë pasi dy palë rezistorë duhet të jenë të njëjtë, kështu që të kesh dy tenxhere që duhet të kenë të njëjtën vlerë do të ishte e bezdisshme kështu që ne do të përdorim diçka të quajtur amplifikues instrumentesh për të cilën po flas më poshtë. Efekti i ngarkimit është rezistencat hyrëse në amp që ndikojnë në rënien e tensionit në PT100, ne duam që tensioni në PT100 të jetë i pandryshuar dhe për ta bërë këtë ne mund të zgjedhim rezistorë shumë të mëdhenj për rezistorët hyrës në mënyrë që rezistenca paralele e PT100 dhe rezistenca e hyrjes është shumë afër rezistencës PT100, por kjo mund të shkaktojë probleme me zhurmën dhe kompensimin e daljes së tensionit në të cilën nuk do të hyj. Thjesht zgjidhni mesataren në rangun Kohms, por siç thashë, të kesh rezistenca të vogla është gjithashtu e keqe, kështu që ne do ta ndryshojmë qarkun pak.

Në figurën e dytë, ne kemi daljen e urës të lidhur me një përforcues instrumentesh i cili vepron një amortizator për të ndarë dy gjysmat e qarqeve (ura dhe amplifikimi) si dhe lejon përdorimin e amplifikimit të hyrjes duke ndryshuar vetëm një potenciometër (Rivendos). Fitimi i amplifikatorit të instrumenteve jepet nga:

ku Rc është dy rezistenca 3.9k mbi dhe nën tenxhere.

Duke zvogëluar Rgain, amplifikimi rritet. Pastaj në pikën Va dhe Vb (të përforcuara Vb+ dhe Vb-), është vetëm një amplifikues diferencial si më parë dhe fitimi total i qarkut është vetëm fitimet e shumëzuara së bashku.

Për të zgjedhur fitimin tuaj, ju doni të bëni diçka siç bëmë më parë me Roff, ne duhet të zgjedhim një rezistencë pikërisht mbi temperaturën tuaj maksimale në intervalin tuaj, në rast se kalon. Për shkak se ne po përdorim Arduino i cili ka një adc 5V, dalja maksimale e qarkut duhet të jetë 5V në temperaturën maksimale që keni zgjedhur. Le të zgjedhim 150ohms pasi rezistenca maksimale dhe tensioni i urës i pa amplifikuar ishte 0.1187V, fitimi që na nevojitet është 42.185 (5/0.1187)

Le të themi që i mbajmë Ra, Rb dhe Rc si 8.2k, 47k dhe 3.9k, thjesht na duhet të gjejmë vlerën për tenxheren Rivendos:

Pra, për të marrë 5 voltët e plotë nga diapazoni i temperaturës që ne përdorim, ndryshoni vlerën e Rgain në 1.226k. Tensioni i daljes që del nga amp diferencial jepet nga:

Hapi 4: Fuqizimi i qarkut

Ky është hapi i fundit i qarkut, mund të keni vënë re Vcc+ dhe Vcc- në qarqet op amp, kjo sepse ato kanë nevojë për tension pozitiv dhe negativ për të funksionuar siç duhet, mund të merrni op-amperë me një hekurudhë, por unë vendosa për të përdorur këto përforcues pasi kjo ishte ajo që kisha shtrirë përreth. Pra, ne do të furnizojmë +6V dhe -6V, ka tre mënyra se si mund ta bëjmë këtë. E para tregohet në figurën e parë ku duhet të kemi dy furnizime me energji elektrike ose dy terminale dalës nga një furnizim me energji të vetme, t'i kemi të dyja në 6V dhe të kemi një dalje pozitive të lidhur me negativin e tjetrës. 6V e furnizimit të lartë do të jetë +6V jonë, pozitivi i furnizimit të poshtëm është GND dhe negativi i furnizimit të poshtëm është -6V. LIDHENI VETYM NISSE KFTU NFSE GND -T E DY FURNIZIMIT JAN SE T OR NDARUR OSE DO D DMTOJ FURNIZIMIN TUAJ T FUQIS. Të gjitha furnizimet komerciale të energjisë do të kishin ndarë GND -të, por nëse doni të kontrolloni, përdorni testuesin e vazhdimësisë në multimetrin tuaj, nëse zhurmon, mos e përdorni këtë konfigurim dhe përdorni atë tjetër. Në furnizimin tim të bërë në shtëpi, e hodha siguresën duke e bërë këtë.

Në foton e dytë është konfigurimi i dytë që mund të kemi, kërkon që një furnizim të ketë dyfishin e tensionit të tjetrit, por nuk do të dëmtojë furnizimin nëse GND -të janë të lidhura. Ne kemi dy furnizime, një në 12V dhe tjetri në 6V. 12V do të veprojë si +6V -ja jonë, 6V nga furnizimi i dytë do të veprojë si GND dhe dy GND -të aktuale nga furnizimet do të veprojnë si -6V.

Ky konfigurim i fundit është për furnizimin me energji me vetëm një dalje, ai përdor një amplifikator tampon të përfitimit 1 për të krijuar një terren virtual duke kaluar gjysmën e tensionit të furnizimit përmes amplifikatorit tampon. Pastaj 12V do të veprojë si +6V dhe terminali aktual GND do të jetë -6V.

Nëse doni të përdorni bateri, unë do të sugjeroj konfigurimin e parë, por një problem me bateritë është se tensioni do të bjerë ndërsa fillojnë të vdesin dhe tensioni nga ura gjithashtu do të bjerë, duke dhënë lexime të gabuara të temperaturës. Sigurisht që mund të lexoni tensionin nga bateritë dhe t'i përfshini ato në llogaritjet ose të përdorni rregullatorë dhe më shumë bateri. Në fund, varet nga ju.

Hapi 5: Qarku i plotë dhe Kodi

Qarku i plotë është treguar më lart dhe është bërë në Circuits.io të ri të Autodesk e cila ju lejon të krijoni qarqe në dërrasën e bukës, modifikoni diagramin e qarkut (treguar në figurën 2) dhe diagramet PCB dhe pjesa më e mirë, ju lejon të simuloni qarkun nga pjata e bukës dhe madje mund të programoni një Arduino dhe ta lidhni atë në modalitetin e bukës, më poshtë në faqe është simulimi dhe mund të luani me dy tenxhere. Nëse dëshironi të kopjoni qarkun dhe të vendosni vlerat tuaja, mund ta gjeni qarkun këtu. Tenxhere e parë është 70ohms dhe në seri me një rezistencë 80ohm e cila simulon PT100 me një gamë prej 80-150ohms, tenxhere e dytë është fitimi i amplifikatorit të instrumenteve. Fatkeqësisht, unë përdor një bibliotekë që kam shkarkuar për kodin tim, kështu që Arduino nuk përfshihet në qarkun më poshtë, por ka vetëm dy tela shtesë që ju nevojiten për t'u lidhur. Nëse jeni më të kënaqur me LTspice, unë përfshiva një skedar asc me qarkun.

Lidhni pinin A0 me daljen e amplifikatorit Diferencial

Lidhni GND të Arduino me GND të qarkut (JO -6V)

Dhe ky është qarku i bërë, tani mbi kodin. Më herët e përmenda që ne do të përdorim formulën y = mx+c, mirëpo tani do të llogarisim m (pjerrësia) dhe c (kompensimi). Në Arduino, ne do të lexojmë tension, por ekuacioni i temperaturës ka nevojë që ne të dimë rezistencën e PT100, kështu që një mënyrë për ta bërë këtë është duke zëvendësuar Serial.println (temp) me Serial.println (V) dhe të regjistrojmë tension dhe rezistencë në dy temperatura. Kur bëni këtë test lini PT100 vetëm për pak, si një minutë ose dy dhe mbajeni larg çdo burimi të nxehtësisë (rrezet e diellit, tifozët e laptopit, trupi juaj, etj.).

Pika e parë që mund të marrim është temperatura e dhomës, kur qarku është i lidhur dhe punon, regjistroni tensionin (Vt1) të lexuar nga Arduino në monitorin serik dhe shkëputeni shpejt PT100 dhe regjistroni rezistencën e tij (Rt1), mos e vendosni jepni sondën kur shkëputeni pasi kjo do të ndryshojë rezistencën. Për temperaturën e dytë, ne mund ta vendosim sondën në ujë akulli ose ujë të nxehtë (kini kujdes nëse përdorni ujë të nxehtë) dhe të përsërisim atë që bëmë para gjetjes së Vt2 dhe Rt2. Vetëm pasi ta vendosni sondën në lëng prisni një minutë ose dy që rezistenca të qetësohet. Nëse jeni të interesuar për përgjigjen kohore të PT100, regjistroni tensionin e fikur të monitorit serik çdo 2 sekonda ose më shumë dhe ne mund të nxjerrim një grafik nga kjo dhe unë do ta shpjegoj atë më vonë. Duke përdorur dy tensionet dhe rezistencat, ne mund të llogarisim pjerrësinë si më poshtë:

Rt1 dhe Rt2 janë rezistencat në dy temperaturat dhe e njëjta gjë është e vërtetë për tensionet Vt1 dhe Vt2. Nga pjerrësia dhe një nga dy grupet e pikave që keni regjistruar ne mund të llogarisim kompensimin:

C duhet të jetë afër Roff -it tuaj të vërtetë, Nga simulimi im kam llogaritur këto vlera:

Nga kjo rezistencë ne mund të gjejmë temperaturën tonë duke përdorur formulën që kishim në fillim:

Dhe kjo është e gjitha, kodi për Arduino është më poshtë, nëse keni ndonjë problem, thjesht lini një koment dhe unë do të përpiqem t'ju ndihmoj.

Nuk ka fotografi të qarkut që bëra ndërsa e bëra pak më parë dhe nuk kam më PT100 për ta ribërë dhe testuar, por thjesht do të më besosh se funksionon. Nuk ka shumë për PT100 në Instructables që kam gjetur kështu që kjo është arsyeja pse e bëra këtë ible.

Në hapin tjetër do të flas për përgjigjen kohore të PT100 dhe nëse nuk jeni të interesuar në matematikë, kur matni një ndryshim të temperaturës, lëreni PT100 të qëndrojë për një minutë apo më shumë para se të lexoni.

Nëse jeni të interesuar të shihni projekte të tjera që kam bërë, vizitoni timen

Blog: Roboroblog

Kanali në YouTube: Roboro

Ose shikoni udhëzimet e mia të tjera: këtu

Nëse HTML ngatërrohet me kodin më poshtë, kodi është i bashkangjitur

* Ky kod llogarit temperaturën duke përdorur një PT100

* Shkruar nga Roboro * Github: <a href = "https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… <a href =" https://github.com/RonanB96/Read-Temp- Nga-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

Kështu që unë përmenda që PT100 ka një përgjigje të ngadaltë, por ne mund të marrim një formulë për temperaturën aktuale të lexuar nga PT100 në çdo kohë t. Përgjigja e PT100 është një përgjigje e rendit të parë e cila mund të shkruhet në terma Laplace dmth funksioni i transferimit, si:

ku tau (τ) është konstanta e kohës, K është fitimi i sistemit dhe s është operatori Laplace i cili mund të shkruhet si jω ku ω është frekuencë.

Konstanta kohore ju tregon se sa kohë i duhet një sistemi të rendit të parë për t'u vendosur në vlerën e tij të re dhe një rregull ose gisht i madh është se 5*tau është sa kohë do të duhet për t'u vendosur në gjendjen e re të qëndrueshme. Fitimi K ju tregon se sa hyrje do të amplifikohet. Me PT100, përfitimi është sa ndryshon rezistenca e ndarë me ndryshimin e temperaturës, nga marrja e dy vlerave të rastësishme nga kjo fletë e të dhënave, unë fitova 0.3856 ohm/C.

Para se të thosha që ju mund të regjistroni tensionin çdo 2 sekonda pasi ta vendosni sondën në lëng, të nxehtë ose të ftohtë, nga kjo ne mund të llogarisim konstantën kohore të sistemit. Së pari ju duhet të identifikoni ku pika e fillimit dhe pika përfundimtare, pika fillestare është tensioni para se të vendosni sondën në lëng dhe pika përfundimtare është kur ajo të vendoset. Tjetra zbritini ato dhe ky është ndryshimi i tensionit të hapit, testi që keni kryer ishte një ndryshim hapi i cili është një ndryshim i papritur i hyrjes në një sistem, hapi është temperatura. Tani në grafikun tuaj shkoni në 63.2% të ndryshimit të tensionit dhe kjo kohë është konstante e kohës.

Nëse e lidhni atë vlerë në funksionin e transferimit, atëherë keni formulën për të përshkruar përgjigjen e frekuencës së sistemeve, por kjo nuk është ajo që duam tani, ne duam temperaturën aktuale në kohën t për një hap të temperaturës, kështu që ne po shkojmë të duhet të kryejë një transformim të anasjelltë Laplace të një hapi në sistem. Funksioni i transferimit të një sistemi të rendit të parë me një hyrje të një hapi është si më poshtë:

Ku Ks është madhësia e hapit, domethënë ndryshimi i temperaturës. Pra, le të themi se sonda është vendosur në 20 gradë C, e vendosur në ujë në 30 gradë C dhe sonda ka një konstante kohore prej 8s, funksioni i transferimit dhe formula e fushës kohore është si më poshtë:

D (t) do të thotë vetëm një impuls dmth kompensim DC prej 20 gradë C në këtë rast, ju thjesht mund të shkruani 20 në ekuacionet tuaja kur e llogaritni këtë. Ky është ekuacioni standard për hapin në një sistem të rendit të parë:

Sa më sipër llogarit temperaturën në kohën t, por kjo do të funksionojë për tensionin pasi ato janë proporcionale me njëra -tjetrën, ju vetëm keni nevojë për vlerën fillestare dhe përfundimtare, konstantën kohore dhe madhësinë e hapit. Një faqe në internet e quajtur Symbolab është e shkëlqyeshme për të kontrolluar nëse matematika juaj është e drejtë, mund të bëjë Laplace, integrim, diferencim dhe shumë gjëra të tjera dhe ju jep të gjitha hapat gjatë rrugës. Transformimi i anasjelltë Laplace i mësipërm mund të gjendet këtu.