Kupima Joto Kutoka PT100 Kutumia Arduino: Hatua 6 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-31 10:25

PT100 ni kigunduzi cha joto cha upinzani (RTD) ambacho hubadilisha upinzani wake kulingana na hali yake ya joto, inatumika sana kwa michakato ya viwandani na mienendo mwepesi na safu za joto pana. Inatumika kwa michakato ya polepole ya nguvu kwa sababu RTD zina nyakati za kujibu polepole (ambazo nazungumza zaidi baadaye) lakini ni sahihi na zina kasi ndogo kwa muda. Kile nitakachokuonyesha katika hii inayoweza kufundishwa isingekuwa ya kiwango cha viwandani lakini itakufunua kwa njia mbadala ya kupima joto kuliko kutumia LM35 ambayo watu wengi wa mchezo wa kupendeza wangeijua na nadharia ya mzunguko iliyoonyeshwa inaweza kutumika kwa sensorer zingine.

Hatua ya 1: Vipengele

1x PT100 (waya mbili)

1x Arduino (Mfano wowote)

Amplifiers ya Operesheni ya 3x 741 (LM741 au UA741)

Mpingaji wa 1x 80ohm

2x 3.9kohms Resistors

2x 3.3kohms Resistors

2x 8.2kohms Resistors

2x 47kohms Resistors

1x 5kohms Potentiometer

1x Ugavi wa Umeme wa Mbili au Betri 8x 1.5V AA

Ninatumia waya mbili PT100, waya tatu na nne PT100s zitakuwa na nyaya tofauti. Thamani za kontena kwa nyingi ya hizi hazipaswi kuwa sawa sawa na hapo juu lakini ikiwa kuna jozi za vizuizi yaani 3.9Kohms, ikiwa ulizibadilisha kwa wacha tuseme 5k, utahitaji kubadilisha zote kwa 5k kama wakati huo inahitaji kuwa sawa. Tunapopata mzunguko nitasema athari ya kuchagua maadili tofauti. Kwa amplifiers ya operesheni (op amps) unaweza kutumia op amps zingine lakini hizi ndio nilizozitumia.

Hatua ya 2: Daraja la Ngano

Kwanza ninahitaji kuzungumza juu ya fomula ya kupata joto kutoka kwa upinzani wa PT100 kabla ya kuzungumza juu ya sehemu ya kwanza ya mzunguko, fomula ya upinzani ni kama ifuatavyo:

ambapo Rx ni upinzani wa PT100, R0 ni upinzani wa PT100 kwa digrii 0 C, α ni mgawo wa upinzani wa joto na T ni joto.

R0 ni 100ohms kwani hii ni PT100, ikiwa ilikuwa PT1000, R0 itakuwa 1000ohms. α ni 0.00385 ohms / digrii C zilizochukuliwa kutoka kwa data. Pia kuna fomula sahihi zaidi ambayo inaweza kupatikana hapa lakini fomula iliyo hapo juu itafanya mradi huu. Ikiwa tutabadilisha fomula tunaweza kuhesabu joto kwa upinzani uliopewa:

Wacha tuseme tunataka kupima kitu ambacho kingekuwa na kiwango cha joto cha -51.85 hadi digrii 130 C na tukaweka PT100 kwenye mzunguko ulioonyeshwa kwenye picha 1. Kutumia equation hapo juu na equation ya voltage kutoka kwa msuluhishi wa voltage (imeonyeshwa kwenye picha ya kwanza) tunaweza kuhesabu anuwai ya voltage. Chini ya anuwai T = -51.85 (80ohms)

na kwa digrii 130 (150ohms):

Hii itatoa anuwai ya 0.1187V na DC kukabiliana na 0.142 kwa sababu tunajua hali yetu ya joto haitapata chini ya -51.85 digrii C, hii itapunguza unyeti katika anuwai tunayojali (80 hadi 130ohms) tunapoongeza voltage hii. Kuondoa deni hili la DC na kuongeza unyeti wetu tunaweza kutumia daraja la Wheatstone ambalo linaonyeshwa kwenye picha ya pili.

Pato la msuluhishi wa voltage ya pili (Vb-) itatolewa kutoka kwa pato la kwanza la mgawanyiko wa voltage (Vb +) kwa kutumia kipaza sauti baadaye. Fomula ya pato la daraja ni mgawanyiko wa voltage mbili tu:

Voltage nje ya PT100 kuwa 80ohms na kutumia maadili mengine kwenye picha:

na kwa Pt100 kuwa 150ohms:

Kwa kutumia Jiwe la Ngano tunaondoa mpango wa DC na kuongeza unyeti baada ya kukuza. Sasa kwa kuwa tunajua jinsi daraja la Wheatstone linavyofanya kazi tunaweza kuzungumza juu ya kwanini tunatumia 80ohms na 3.3kohms. 80ohms ni aina ya iliyoelezewa kutoka kwa fomula iliyo hapo juu, chagua dhamana hii (tutaiita hii kipinzani cha kukabiliana na Roff) kuwa kiwango cha chini cha joto lako au bora zaidi, chini kidogo ya chini ya safu yako, ikiwa hii inatumiwa mifumo ya kudhibiti udhibiti wa joto au kitu kama hicho, ungependa kujua jinsi joto linapungua chini ya kiwango chako cha joto. Kwa hivyo ikiwa -51.85C ndio chini ya anuwai yako, tumia ohm 74.975 (-65 digrii C) kwa Roff yako.

Nilichagua 3.3k kwa R1 na R3 kwa sababu mbili, kupunguza sasa na kuongeza usawa wa pato. Kama PT100 inabadilisha upinzani kwa sababu ya joto, kupita kwa sasa kupita kiasi itatoa usomaji sahihi kwa sababu ya kujipasha moto kwa hivyo nilichagua sasa ya juu ya 5-10mA. Wakati PT100 ni 80ohms ya sasa ni 1.775mA kwa usalama chini ya kiwango cha juu. Unapunguza upinzani ili kuongeza unyeti lakini hii inaweza kuwa na athari mbaya kwa usawa, kwani tutatumia equation ya mstari baadaye (y = mx + c) kuwa na pato lisilo la kawaida litaleta makosa. Picha ya tatu ina grafu ya pato la daraja kwa kutumia vipingamizi tofauti vya juu, laini iliyo ngumu ni pato halisi na laini iliyotawaliwa ni ukadiriaji wa mstari. Unaweza kuona kwenye grafu ya hudhurungi ya hudhurungi (R1 & R3 = 200ohms) inatoa upeo mkubwa wa voltage lakini pato ni laini ndogo zaidi. Bluu nyepesi (R1 & R3 = 3.3kohms) hutoa upeo mdogo zaidi wa voltage lakini laini iliyotiwa na laini na laini imeingiliana kuonyesha usawa wake ni mzuri sana.

Jisikie huru kubadilisha maadili haya ili kukidhi maombi yako, pia ikiwa utabadilisha voltage, hakikisha kuwa ya sasa haipati juu sana.

Hatua ya 3: Ukuzaji

Katika hatua ya mwisho, tumepata anuwai ya pato la wagawanyaji wawili wa voltage iliyoondolewa ilikuwa 0 hadi 0.1187 lakini hatujazungumza juu ya jinsi ya kuondoa voltages hizi. Ili kufanya hivyo tutahitaji tofauti kubwa ambayo itatoa pembejeo moja kutoka kwa nyingine na kukuza hii kwa faida ya amp. Mzunguko wa amp tofauti umeonyeshwa kwenye picha ya kwanza. Unalisha Vb + kwenye pembejeo ya inverting na Vb- katika pembejeo isiyo ya kubadilisha na pato litakuwa Vb + - Vb- na faida ya moja yaani hakuna kukuza lakini kwa kuongeza vipinga vilivyoonyeshwa kwenye picha tunaongeza faida ya 5.731. Faida hutolewa na:

Ra ni R5 & R7 na Rb ni R6 & R8, voltage hutolewa na:

Kuna shida mbili kwa kuunganisha tu amp hii kwa pato la daraja, athari ya kupakia na kubadilisha faida. Kubadilisha faida ya amp kunakuhitaji ubadilishe angalau kontena mbili kwani jozi mbili za vipinga zinapaswa kuwa sawa, kwa hivyo kuwa na sufuria mbili ambazo zina thamani sawa itakuwa ya kukasirisha kwa hivyo tutatumia kitu kinachoitwa ala ya vifaa ambayo nazungumza hapa chini. Athari ya upakiaji ni vipinga-pembejeo kwenye amp inayoathiri kushuka kwa voltage kwenye PT100, tunataka voltage kwenye PT100 isiyobadilika na kufanya hivyo tunaweza kuchagua vipingaji vikubwa sana kwa vipinga pembejeo ili upinzani sawa wa PT100 na kipinzani cha pembejeo kiko karibu sana na upinzani wa PT100 lakini hii inaweza kusababisha shida na kelele na upunguzaji wa pato la voltage ambayo sitaenda. Chagua tu masafa ya katikati katika anuwai ya Kohms lakini kama nilivyokuwa nikisema, kuwa na vipinga ndogo ni mbaya pia kwa hivyo tutabadilisha mzunguko kidogo.

Katika picha ya pili, tuna pato la daraja lililounganishwa na amp ya vifaa ambayo hufanya nguvu ya bafa kutenganisha nusu mbili za nyaya (daraja na ukuzaji) na pia inaruhusu matumizi kukuza pembejeo kwa kubadilisha potentiometer moja tu (Pata tena). Faida ya amp ya vifaa hutolewa na:

ambapo Rc ni kontena mbili 3.9k hapo juu na chini ya sufuria.

Kwa kupungua kwa Rgain, ongezeko linaongezeka. Halafu kwa wakati Va na Vb (Vb iliyokuzwa na Vb-), ni tofauti kubwa kama hapo awali na faida ya jumla ya mzunguko ni faida tu zilizozidishwa pamoja.

Ili kuchagua faida yako unataka kufanya kitu kama tulivyofanya hapo awali na Roff, tunapaswa kuchukua upinzani juu tu ya joto lako la juu katika anuwai yako ikiwa tu itapita. Kwa sababu tunatumia Arduino ambayo ina 5V adc, pato la juu la mzunguko lazima 5V kwa joto la juu ulilochagua. Wacha tuchukue 150ohms kama upinzani mkubwa na voltage ya daraja isiyokuzwa ilikuwa 0.1187V, faida tunayohitaji ni 42.185 (5 / 0.1187)

Wacha tuseme tunaweka Ra, Rb na Rc kama 8.2k, 47k na 3.9k, tunahitaji tu kupata thamani ya sufuria Inayopatikana:

Kwa hivyo kupata volts 5 kamili kutoka kwa kiwango cha joto tunachotumia, badilisha thamani ya Rgain kuwa 1.226k. Voltage ya pato inayotoka kwa amp tofauti inatolewa na:

Hatua ya 4: Kuwezesha Mzunguko

Hii ni hatua ya mwisho ya mzunguko, unaweza kuwa umeona Vcc + na Vcc- kwenye nyaya za op amp, hii ni kwa sababu wanahitaji voltage chanya na hasi kufanya kazi vizuri, unaweza kupata op-amps za reli moja lakini niliamua kutumia amp hizi kwani ndio nilikuwa nimelala karibu. Kwa hivyo tutasambaza + 6V na -6V, kuna njia tatu tunaweza kufanya hivi. Ya kwanza imeonyeshwa kwenye picha ya kwanza ambapo tunapaswa kuwa na vifaa viwili vya umeme au vituo viwili vya pato kutoka kwa usambazaji mmoja wa umeme, kuwa na 6V na kuwa na pato moja chanya iliyounganishwa na hasi ya nyingine. 6V ya usambazaji wa juu itakuwa + 6V yetu, chanya ya usambazaji wa chini ni GND na hasi ya usambazaji wa chini ni -6V. Unganisha tu kama hii ikiwa viboko vya bidhaa mbili vimetenganishwa au itaharibu ugavi wako wa nguvu. Vifaa vyote vya umeme vingeweza kutenganisha GND lakini ikiwa unataka kuangalia, tumia ujaribu wa mwendelezo kwenye multimeter yako, ikiwa inazunguka, usitumie usanidi huu na utumie inayofuata. Kwenye usambazaji wangu wa nyumbani, nilipuliza fuse kufanya hivi.

Katika picha ya pili ni usanidi wa pili ambao tunaweza kuwa nao, inahitaji ugavi mmoja kuwa na voltage mara mbili ya nyingine lakini haitaharibu usambazaji ikiwa GND zinaunganishwa. Tuna vifaa viwili, moja kwa 12V na nyingine kwa 6V. 12V itafanya kama + 6V yetu, 6V kutoka kwa usambazaji wa pili itafanya kama GND na GND mbili halisi kutoka kwa vifaa zitatenda kama -6V.

Usanidi huu wa mwisho ni wa vifaa vya umeme na pato moja tu, hutumia kipaza sauti cha faida 1 ili kuunda ardhi halisi kwa kupitisha nusu ya usambazaji wa umeme kupitia bafa ya bafa. Kisha 12V itafanya kama + 6V na kituo halisi cha GND kitakuwa -6V.

Ikiwa unataka kutumia betri, ningependekeza usanidi wa kwanza lakini shida na betri ni kwamba voltage itashuka wakati zinaanza kufa na voltage nje ya daraja pia itashuka, ikitoa usomaji mbaya wa joto. Kwa kweli unaweza kusoma voltage kutoka kwa betri na kuzijumuisha kwenye mahesabu au kutumia vidhibiti na betri zaidi. Mwishowe, ni juu yako.

Hatua ya 5: Mzunguko kamili na Nambari

Mzunguko kamili umeonyeshwa hapo juu na ilitengenezwa katika Circuits.io mpya ya Autodesk ambayo hukuruhusu kuunda mizunguko kwenye ubao wa mkate, hariri mchoro wa mzunguko (umeonyeshwa kwenye picha 2) na michoro ya PCB na sehemu bora, hukuruhusu kuiga mzunguko kutoka kwenye ubao wa mkate na inaweza hata kupanga Arduino na kuiunganisha katika hali ya ubao wa mkate, chini zaidi kwenye ukurasa ni masimulizi na unaweza kucheza karibu na sufuria mbili. Ikiwa unataka kurudia mzunguko na uweke maadili yako mwenyewe, unaweza kupata mzunguko hapa. Sufuria ya kwanza ni 70ohms na katika safu na kikaidi cha 80ohm ambacho huiga PT100 na anuwai ya 80-150ohms, sufuria ya pili ni faida ya amp amp. Kwa kusikitisha nilitumia maktaba niliyopakua kwa nambari yangu, kwa hivyo Arduino haijajumuishwa kwenye mzunguko hapa chini lakini kuna waya mbili tu za ziada unahitaji kuunganisha. Ikiwa uko sawa na LTspice, nilijumuisha faili ya asc na mzunguko.

Unganisha pini ya A0 kwa pato la amp ya Tofauti

Unganisha GND ya Arduino kwenye GND ya mzunguko (SIYO -6V)

Na huo ndio mzunguko umefanywa, sasa kwenye nambari. Hapo awali nilisema kuwa tutatumia fomula y = mx + c, sasa tutahesabu m (mteremko) na c (offset). Katika Arduino, tutakuwa tunasoma voltage lakini usawa wa joto unahitaji sisi kujua upinzani wa PT100 kwa hivyo njia tunaweza kufanya hii ni kwa kuchukua nafasi ya Serial.println (temp) na Serial.println (V) na kurekodi voltage na upinzani kwa joto mbili. Unapofanya mtihani huu acha PT100 peke yako kwa muda kidogo, kama dakika moja au mbili na uweke mbali na vyanzo vyovyote vya joto (mwangaza wa jua, shabiki wa mbali, mwili wako, n.k.).

Jambo la kwanza tunaloweza kuchukua ni joto la kawaida, wakati mzunguko umeunganishwa na unafanya kazi, rekodi voltage (Vt1) iliyosomwa na Arduino kwenye mfuatiliaji wa serial na ukate haraka PT100 na urekodi upinzani wake (Rt1), usiweke mikono juu ya uchunguzi wakati wa kukatwa kwani hii itabadilisha upinzani. Kwa joto la pili, tunaweza kuweka uchunguzi katika maji ya barafu au maji ya moto (kuwa mwangalifu ikiwa unatumia maji ya moto) na kurudia kile tulichofanya kabla ya kupata Vt2 na Rt2. Baada tu ya kuweka uchunguzi katika kioevu subiri dakika moja au mbili ili upinzani utulie. Ikiwa unavutiwa na majibu ya wakati wa PT100, rekodi voltage kutoka kwa mfuatiliaji wa serial kila sekunde 2 au hivyo na tunaweza kuchora grafu kutoka kwa hii na nitaielezea baadaye. Kutumia voltages mbili na upinzani, tunaweza kuhesabu mteremko kama ifuatavyo:

Rt1 na Rt2 ni upinzani katika joto mbili na ni sawa kwa voltages Vt1 na Vt2. Kutoka mteremko na moja ya seti mbili za nukta ulizorekodi tunaweza kuhesabu mapato:

C inapaswa kuwa karibu na Roff yako halisi, Kutoka kwa uigaji wangu nilihesabu maadili haya:

Kutoka kwa upinzani huu tunaweza kupata joto letu kwa kutumia fomula tuliyokuwa nayo mwanzoni:

Na ndio hivyo, nambari ya Arduino iko hapa chini, ikiwa una shida yoyote, acha maoni na nitajaribu kusaidia.

Hakuna picha za mzunguko nilioutengeneza kama nilioufanya kitambo na sina PT100 tena ya kurekebisha na kujaribu lakini itabidi uniamini kwamba inafanya kazi. Hakuna mengi juu ya PT100 kwenye Maagizo ambayo nimepata ndiyo sababu nilifanya hii ible.

Katika hatua inayofuata nitazungumza juu ya majibu ya wakati wa PT100 na ikiwa haupendi hesabu, unapopima mabadiliko ya joto, wacha PT100 itulie kwa dakika moja au zaidi kabla ya kusoma.

Ikiwa una nia ya kuona miradi mingine niliyoifanya, tembelea my

Blogi: Roboroblog

Kituo cha YouTube: Roboro

Au angalia Maagizo yangu mengine: hapa

Ikiwa HTML inavuruga na nambari iliyo hapo chini, nambari hiyo imeambatishwa

* Nambari hii inahesabu joto kwa kutumia PT100

* Imeandikwa na Roboro * Github: <a href = "https://github.com/RonanB96/Read-Temp-From-PT100-… Kutoka-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

Kwa hivyo nilisema kuwa PT100 ina mwitikio mdogo lakini tunaweza kupata fomula ya joto la sasa lililosomwa na PT100 wakati wowote t. Jibu la PT100 ni jibu la agizo la kwanza ambalo linaweza kuandikwa kwa maneno ya Laplace yaani kazi ya kuhamisha, kama:

ambapo tau (τ) ni wakati wa mara kwa mara, K ni faida ya mfumo na s ni operesheni ya Laplace ambayo inaweza kuandikwa kama jω ambapo ω ni frequency.

Wakati wa mara kwa mara unakuambia inachukua muda gani mfumo wa utaratibu wa kwanza kukaa kwa thamani yake mpya na sheria au kidole gumba ni kwamba 5 * tau ni muda gani itachukua kukaa katika hali mpya thabiti. Faida ya K inakuambia ni kiasi gani pembejeo itaongezewa. Pamoja na PT100, faida ni kiasi gani mabadiliko ya upinzani yamegawanywa na mabadiliko ya joto, kutoka kuokota maadili mawili ya nasibu kutoka kwa data hii, nilipata faida ya 0.3856 ohm / C.

Kabla ya kusema unaweza kurekodi voltage kila baada ya 2s baada ya kuweka uchunguzi kwenye kioevu, moto au baridi, kutoka kwa hii tunaweza kuhesabu wakati wa mfumo. Kwanza unahitaji kutambua mahali pa kuanzia na pa kumalizia, hatua ya kuanza ikiwa voltage kabla ya kuweka uchunguzi katika kioevu na hatua ya mwisho ni wakati ilipokaa. Ijayo waondoe na hiyo ni mabadiliko ya voltage ya hatua, jaribio ulilofanya lilikuwa mabadiliko ya hatua ambayo ni mabadiliko ya ghafla ya uingizaji kwenye mfumo, hatua ikiwa joto. Sasa kwenye grafu yako nenda kwa 63.2% ya mabadiliko ya voltage na wakati huu ni wakati wa mara kwa mara.

Ikiwa unachomeka thamani hiyo kwenye kazi ya kuhamisha, basi una fomula ya kuelezea mwitikio wa masafa ya mifumo lakini hiyo sio tunayotaka sasa hivi, tunataka joto halisi kwa wakati t kwa hatua ya joto kwa hivyo tunaenda kuwa na kufanya mabadiliko ya Laplace inverse ya hatua kwenye mfumo. Kazi ya kuhamisha mfumo wa agizo la kwanza na pembejeo ya hatua ni kama ifuatavyo.

Ambapo Ks ni saizi ya hatua i.e.tofauti ya joto. Kwa hivyo wacha tuseme uchunguzi umekaa kwa digrii 20 C, umewekwa ndani ya maji kwa digrii 30 C na uchunguzi una muda wa saa 8, kazi ya kuhamisha na fomula ya uwanja ni kama ifuatavyo:

Δ (t) inamaanisha tu msukumo, yaani, DC kukabiliana na digrii 20 C katika kesi hii, unaweza tu kuandika 20 kwa hesabu zako wakati wa kuhesabu hii. Huu ndio usawa sawa wa hatua katika mfumo wa mpangilio wa kwanza:

Hapo juu huhesabu joto kwa wakati t lakini hii itafanya kazi kwa voltage kwani ni sawa kwa kila mmoja, unahitaji tu thamani ya kuanzia na kuishia, wakati wa kawaida na saizi ya hatua. Tovuti inayoitwa Symbolab ni nzuri kwa kuangalia ikiwa hesabu zako ni sawa, inaweza kufanya Laplace, ujumuishaji, utofautishaji na vitu vingine vingi na inakupa hatua zote njiani. Laplace inverse inabadilisha hapo juu inaweza kupatikana hapa.