Nội Dung Bài Viết
Các bạn tham khảo bài viết đo nhiệt độ từ PT100 dùng arduino được dịch từ nguồn instructables.com .
PT100 là một đầu dò nhiệt điện trở (RTD) thay đổi điện trở tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh, nó được sử dụng rộng rãi cho các quá trình công nghiệp với phạm vi đo nhiệt tương đối rộng. Nó được sử dụng cho các quá trình động lực chậm vì RTD có thời gian đáp ứng chậm nhưng chính xác và có độ trễ thấp theo thời gian. Những gì tôi hướng dẫn trong bài giảng này sẽ không đạt tiêu chuẩn công nghiệp nhưng nó sẽ cho bạn thấy một cách thay thể để đo nhiệt độ hơn bằng cách sử dụng LM35 mà rất nhiều người thường hay sử dụng quen thuộc và lý thuyết mạch hiển thị có thể được áp dụng cho các cảm biến khác.
Bước 1: Thành Phần
- 1x PT100 (Hai dây)
- 1x Arduino (bất kỳ mô hình nào)
- 3x 741 Bộ khuếch đại hoạt động (LM741 hoặc UA741)
- 1x điện trở 80 (Ω)
- Điện trở 2x 3.9k (Ω)
- 2x 3.3 (kΩ) điện trở
- 2x Điện trở 8.2 (kΩ)
- Điện trở 2x 47 (kΩ)
- 1x Chiết áp 5 (kΩ)
- 1x hai nguồn cấp điện đầu cuối hoặc pin 1x 1.5V A
Tôi đang sử dụng PT100 hai dây, ba và bốn dây PT100 sẽ có các mạch khác nhau. Các giá trị điện trở cho hầu hết trong số này không chính xác giống như trên nhưng nếu có một cặp điện trở tức là 3.9Kohms, nếu bạn muốn đổi chúng thì hãy đổi thành 5K. Bạn cần phải đổi cả hai thành 5K giống nhau. Khi chúng ta làm mạch, tôi sẽ nói tác dụng của việc chọn các giá trị khác nhau. Đối với các bộ khuếch đại hoạt động (op amps), bạn có thể sử dụng op khác nhưng đây là những gì tôi đã sử dụng.
Bước 2: cầu Wheatstone
Mạch cầu Wheatstone 1
Mạch cầu Wheatstone 2
Đồ thị nhiệt độ PT100
Trước tiên tôi cần nói về công thức để nhận nhiệt độ từ điện trở của PT100 trước khi nói về phần đầu của mạch, công thức cho điện trở như sau:
Trước tiên tôi cần nói về công thức để nhận nhiệt độ từ điện trở của PT100 trước khi nói về phần đầu của mạch, công thức cho điện trở như sau:
R0=100(Ω) vì đây là PT100 nếu là PT1000 thì R0=1000(Ω).
α=0,00385 (Ω) / 00C lấy từ biểu đồ dữ liệu. Ngoài ra còn có một công thức chính xác hơn có thể được tìm thấy ở đây nhưng công thức trên được sử dụng cho dự án này. Nếu chúng ta chuyển đổi công thức, chúng ta có thể tính toán nhiệt độ cho một điện trở nhất định:
Giả sử chúng ta muốn đo cái gì đó có dải nhiệt độ từ -51,850C ÷1300C và chúng ta đặt PT100 vào mạch được hiển thị trong hình 1. Sử dụng phương trình trên và phương trình cho điện áp ra khỏi bộ chia điện áp (được hiển thị trong hình đầu tiên) chúng ta có thể tính toán phạm vi điện áp. Giới hạn dưới T = -51,850C với điện trở 80(Ω).
và ở 130 0C, điện trở 150(Ω):
Điều này sẽ cung cấp một phạm vi 0.1187V và một bù DC 0.142V vì chúng ta biết nhiệt độ của chúng ta sẽ không bao giờ xuống dưới -51,850C, điều này sẽ làm giảm độ nhạy trong phạm vi chúng ta quan tâm (80 ÷ 130(Ω)) khi khuếch đại điện áp này. Để loại bỏ độ lệch DC này và tăng độ nhạy của chúng ta, chúng ta có thể sử dụng cầu Wheatstone được hiển thị trong hình thứ hai.
Đầu ra của bộ chia điện áp thứ hai (Vb-) sẽ được trừ đi từ đầu ra chia điện áp đầu tiên (Vb+) sử dụng bộ khuếch đại vi sai sau này. Công thức cho đầu ra là hai bộ chia điện áp:
Điện áp ra cho PT100 là 80(Ω) và sử dụng các giá trị khác trong hình:
và đối với Pt100 là 150(Ω):
Bằng cách sử dụng cầu Wheatstone, chúng tôi loại bỏ độ lệch DC và tăng độ nhạy sau khi khuếch đại. Bây giờ chúng ta biết làm thế nào cầu Wheatstone hoạt động, chúng ta có thể nói về lý do tại sao chúng ta sử dụng điện trở 80(Ω) và 3.3(kΩ). Lý do dùng điện trở 80(Ω) được giải thích từ công thức trên, chọn giá trị này (chúng tôi sẽ gọi đây là Roff resistor resistor) là giới hạn dưới của nhiệt độ của bạn, nếu điều này được sử dụng cho một hệ thống điều khiển điều chỉnh nhiệt độ hoặc một cái gì đó như thế. Vì vậy, nếu -51.850C là giới hạn dưới của bạn, thì bạn có thể sử dụng điện trở 74.975(Ω) (-650C) cho Roff của bạn.
Tôi đã chọn điện trở 3.3(kΩ) cho R1 và R3 vì hai lý do, để giới hạn dòng và tăng độ tuyến tính của đầu ra. Khi PT100 thay đổi điện trở do nhiệt độ thay đổi, nếu nhiệt độ quá lớn thì dòng điện tăng đồng thời do quá trình tự làm nóng gây ra sai số, nên tôi đã chọn dòng điện tối đa là 5-10mA. Khi PT100 có điện trở 80(Ω) dòng điện là 1.775mA. Bạn giảm điện trở để tăng độ nhạy nhưng điều này có thể có tác động không tốt đến tuyến tính, vì chúng ta sẽ sử dụng phương trình đường thẳng (y = mx + c) có đầu ra phi tuyến. Hình thứ ba cho thấy biểu đồ đầu ra của cầu sử dụng các điện trở đỉnh khác nhau, đường liền nét là đầu ra thực tế và đường chấm chấm là xấp xỉ tuyến tính. Bạn có thể thấy trong đồ thị màu xanh đậm (R1 & R3 = 200(Ω)) cho phạm vi điện áp lớn nhất nhưng đầu ra là tuyến tính ít nhất. Màu xanh nhạt (R1 & R3 = 3.3(kΩ)) cho phạm vi điện áp nhỏ nhất nhưng đường đứt nét và đường liền nét được chồng lên nhau cho thấy độ tuyến tính của nó rất tốt.
Hãy thay đổi các giá trị này cho phù hợp với ứng dụng của bạn, nếu bạn thay đổi điện áp, hãy đảm bảo dòng điện không quá cao.