Cảm biến nhiệt độ Pt100 (còn gọi là nhiệt điện trở hoặc RTD)

[bqviet]

Người thiết kế nói chung KHÔNG quan tâm tới Vin hay những thứ trung gian tương tự. Cái mà người thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu quan tâm là đầu vào (nhiệt độ) và đầu ra (dòng điện). Cách calibrate trên thực tế là
0. Nối mạch cảm biến với bộ chuyển đổi và đồng hồ do dòng
1. Nhúng cảm biến Pt100 vào nước đá đang tan (hoặc dùng một máy phát chuyên dụng để phát tín hiệu tương tự cảm biến Pt100 ở 0 oC). Chỉnh Rz sao cho đầu ra là 4 mA.
2. Nhúng cảm biến Pt100 vào nước đang sôi (hoặc cũng dùng máy phát chuyên dụng). Chỉnh Rg sao cho đầu ra là 20 mA.

Tất cả chỉ có vậy, Vin bằng bao nhiêu có ý nghĩa gì đâu ? Các đại lượng trung gian khác thay đổi thế nào đi chăng nữa cũng có ý nghĩa gì đâu ? Chúng bằng bao nhiêu cũng thây kệ.

[van_tiep]

Bác ơi !!!
Em đang làm đồ án về mạch đo có sử dụng xtr105 nên em cần biết rõ mối quan hệ giữa điện trở và dòng điện để còn tính toán chứ.
Bác cố giúp em cho nó xong đi em mệt vì phải tính toán lắm rồi!!!
th@nk!

[digital]

1/ "thực tế sẽ dùng biến trở chính xác để calibrate theo từng cảm biến và từng con chíp XTR105 cụ thể." Là thế nào đây bác bqviet?

2/
"Ví dụ thông thường người ta chỉnh Rz để đầu ra là 4 mA khi nhiệt độ đặt lên cảm biến Pt100 là 0 oC; tiếp đó chỉnh Rg để dải đo là 16 mA (tức đầu ra là 20 mA = 4+16 khi nhiệt độ đặt lên cảm biến là 100 oC"
Chỗ này có thể thay điện trở cho pt100 đc ko? Tức là như cho trong datasheet, giá trị điện trở tương ứng với nhiệt độ. Ví dụ: muốn chỉnh Rz có thể thay trở 100 ôm cho pt100 để chỉnh, muốn chỉnh Rg thì thay trở 137 ôm để chỉnh?
3/
Nếu muốn dòng ra trong khoảng 4 to 20mA thì chỉ cần xác định dải nhiệt độ đo sau đó tính toán các giá trị điện trở mắc vào mạch theo công thức đã cho trong datasheet thôi chứ? Ví dụ: dải 0-600 độ, Rz =100 ôm( tại Tmin ), Rg tính như công thức, còn pt100 loại mấy dây thì tính thêm các giá trị điện trở khác ( RLIN1,RLIN2). Như vậy tại 0 độ cho dòng ra 4mA, 600 độ cho 20mA.
Tính vậy phải ko bác bq viet???

[digital]

Căn cứ theo hình 1 của datasheet thì XTR105 có 2 điện trở để chính: Rz để chỉnh điểm điểm không (zero), Rg để chỉnh dải đo (span). Ví dụ thông thường người ta chỉnh Rz để đầu ra là 4 mA khi nhiệt độ đặt lên cảm biến Pt100 là 0 oC; tiếp đó chỉnh Rg để dải đo là 16 mA (tức đầu ra là 20 mA = 4+16 khi nhiệt độ đặt lên cảm biến là 100 oC. Trong trường hợp cụ thể này, 4 mA là điểm zero còn 16 mA là dải span.

Rz và Rg đã có công thức tính trong datasheet, thực tế sẽ dùng biến trở chính xác để calibrate theo từng cảm biến và từng con chíp XTR105 cụ thể.

Đơn giản vậy thôi.

Còn cách nào khác để hiệu chỉnh Rz, Rg ngoài cách " khảo sát" này ko?
Để calibrate đòi hỏi vi chỉnh phải chính xác và bước vặn nhỏ. Với lại 5k 5 vòng vặn thì mỗi vòng đi mất 1k roài!!! Vi chỉnh loại nhỏ nhất là bao nhiêu? Thank a lot!!!

[bqviet]

1/ "thực tế sẽ dùng biến trở chính xác để calibrate theo từng cảm biến và từng con chíp XTR105 cụ thể." Là thế nào đây bác bqviet?

2/
"Ví dụ thông thường người ta chỉnh Rz để đầu ra là 4 mA khi nhiệt độ đặt lên cảm biến Pt100 là 0 oC; tiếp đó chỉnh Rg để dải đo là 16 mA (tức đầu ra là 20 mA = 4+16 khi nhiệt độ đặt lên cảm biến là 100 oC"
Chỗ này có thể thay điện trở cho pt100 đc ko? Tức là như cho trong datasheet, giá trị điện trở tương ứng với nhiệt độ. Ví dụ: muốn chỉnh Rz có thể thay trở 100 ôm cho pt100 để chỉnh, muốn chỉnh Rg thì thay trở 137 ôm để chỉnh?
3/
Nếu muốn dòng ra trong khoảng 4 to 20mA thì chỉ cần xác định dải nhiệt độ đo sau đó tính toán các giá trị điện trở mắc vào mạch theo công thức đã cho trong datasheet thôi chứ? Ví dụ: dải 0-600 độ, Rz =100 ôm( tại Tmin ), Rg tính như công thức, còn pt100 loại mấy dây thì tính thêm các giá trị điện trở khác ( RLIN1,RLIN2). Như vậy tại 0 độ cho dòng ra 4mA, 600 độ cho 20mA.
Tính vậy phải ko bác bq viet???

1. Mặc dù sản xuất hàng loạt, Pt100 vẫn khác nhau. XTR105 cũng vậy. Do đó phải calibrate cho từng trường hợp cụ thể. Đó là trên thực tế yêu cầu chính xác. Nếu yêu cầu chính xác không cao thì không cần làm như vậy.

2. Đúng là như vậy, để đặt điểm zero Rz có thể dùng điện trở chính xác 100 ôm hoặc cái Pt100 nhúng trong nước đá đang tan (chú ý là nước toàn đá đang tan, nước đá nếu chỉ có mấy cục đá ở trên cùng thì sẽ có nhiệt độ là 4 oC, bởi vì đặc tính vật lý của nước là khối lượng riêng nặng nhất ở 4 oC - rất kỳ quặc chứ không giống các loại chất lỏng khác) hoặc máy phát điện trở chính xác.
Tương tự, để đặt span có thể dùng điện trở chính xác 138,5 ôm hoặc dùng chính cái Pt100 nhúng trong nước sôi, hoặc dùng máy phát.

3. Phần này bạn lập luận cũng đúng luôn.

[bqviet]

Còn cách nào khác để hiệu chỉnh Rz, Rg ngoài cách " khảo sát" này ko?
Để calibrate đòi hỏi vi chỉnh phải chính xác và bước vặn nhỏ. Với lại 5k 5 vòng vặn thì mỗi vòng đi mất 1k roài!!! Vi chỉnh loại nhỏ nhất là bao nhiêu? Thank a lot!!!

Mặc dù sản xuất hàng loạt, Pt100 vẫn khác nhau; XTR105 cũng vậy. Do đó phải calibrate cho từng trường hợp cụ thể nếu yêu cầu đo chính xác. Mặc dù rất mất công nhưng trong thực tế phải làm như vậy.

Để đỡ tốn công có thể dùng máy calibrator kiểu như Yokogawa CA150 với giá vài chục triệu. Thực tế kể cả khi dùng máy này vẫn mất công, chỉ có điều ít hơn thôi.

Nếu đo kém chính xác thì dùng cặp nhiệt ngẫu (thermocouple) kinh tế hơn. Sở dĩ phải dùng Pt100 đắt tiền hơn nhiều so với cặp nhiệt ngẫu và XTR105 cũng khá đắt là vì độ chính xác của chúng. Tiết kiệm công mà giảm độ chính xác thì thành ra là lãng phí Pt100.

Tất cả những điều trên chỉ có ý nghĩa nếu bạn dùng nó làm để kiếm sống. Còn trong phạm vi đồ án thì ...

[digital]

Người thiết kế nói chung KHÔNG quan tâm tới Vin hay những thứ trung gian tương tự. Cái mà người thiết kế mạch chuyển đổi tín hiệu quan tâm là đầu vào (nhiệt độ) và đầu ra (dòng điện). Cách calibrate trên thực tế là
0. Nối mạch cảm biến với bộ chuyển đổi và đồng hồ do dòng
1. Nhúng cảm biến Pt100 vào nước đá đang tan (hoặc dùng một máy phát chuyên dụng để phát tín hiệu tương tự cảm biến Pt100 ở 0 oC). Chỉnh Rz sao cho đầu ra là 4 mA.
2. Nhúng cảm biến Pt100 vào nước đang sôi (hoặc cũng dùng máy phát chuyên dụng). Chỉnh Rg sao cho đầu ra là 20 mA.

Tất cả chỉ có vậy, Vin bằng bao nhiêu có ý nghĩa gì đâu ? Các đại lượng trung gian khác thay đổi thế nào đi chăng nữa cũng có ý nghĩa gì đâu ? Chúng bằng bao nhiêu cũng thây kệ.

Đồng ý với bác rằng người thiết kế mạch chỉ cần quan tâm tới tín hiệu đầu vào, đầu ra. Nhưng như bạn Van_Tiep hỏi cũng đúng. Bởi nếu cần phải thực hiện thuật toán nào đó ( biến đổi lặp thực hiện nội suy chẳng hạn ) thì cần phải biết được giá trị Vin để tính toán. Trong lập trình cần tính được Vin để tính lại nhiệt độ. Chẳng hạn có được dòng I0, dựa vào ct : I0 = 4mA + Vin( 40/Rg ) --> Vin.
Vin = 0,8 * ( RTD - Rz ) --> RTD --> nhiệt độ tương ứng.
Vin trong trường hợp này tính theo công thức trên em nghĩ là đúng!!!

[digital]

Còn nữa!
Em có bảng RTD theo nhiệt độ ở đây gửi lên cho anh em xem. So với bảng trong datasheet của XTR105 thì có sai lệch. ví dụ: tại 100 độ C thì bảng này cho 138,5 còn bảng ở trong XTR105 là 137 ôm. Giả sử muốn đo tại nhiệt độ lớn mà ko tạo được mẫu nhiệt độ thì ta phải mắc trở chính xác thay cho pt100. Vậy căn cứ vào đâu để lấy điện trở thay cho chính xác??? Mọi người cho ý kiến đê!

[bqviet]

Bảng giá trị nhiệt độ - điện trở của nhà sản xuất có ý nghĩa hơn. Và đúng Pt100 tiêu chuẩn điện trở 138,5 ôm ở 100 oC.

Chính vì khó kiếm được đồng hồ đo chính xác tới 0,3 ôm nên cách hay nhất khi hiệu chỉnh mạch là mua 1 cái Pt100 thật, nhúng vào nước đá đang tan để cân điểm không, nhúng vào nước đang sôi để cân dải đo. Cách mất công nhất nhưng đỡ tốn tiền nhất.

[digital]

Em đã cắm mạch thử với XTR105, lúc trước thì hoạt động rất tốt. Cho đến một ngày xấu trời nó hoạt động ko đâu vào đâu. Cụ thể là: bây giờ em đo tại chân Vreg (11) lên tới 10V??? Tưởng đâu XTR105 đã " toi mạng " em liền đầu tư ngay một con mới, đo kết quả vẫn vậy!!! Bác bqviet giải thích giúp em với. Mạch em cắm theo kiểu nào cũng thế, tất nhiên dòng ra không còn trong dải mong muốn 4-20mA nữa.

[bqviet]

Khả năng lớn là do chưa nối tải. Nguồn dòng luôn phải có tải. Khả năng khác là chập mạch ở đâu đó, có thể do thời tiết ẩm và mạch bám bụi.

[vatly]

các bạn có thể cho mình hỏi vài câu hỏi :
- do mình có rất ít kinh nghiệm thiết kế mạch nên liệu có các bo mạch nào dễ kiếm để chỉ cần lắp các chân pt100 vào, và kết nối nó vào cổng (com chẳng hạn ) của máy tính
- cách các bạn hiệu chuẩn thiết bị nhiệt bằng cách nhúng vào nước đá và nước sôi để có được hai điểu chuẩn mình e là không ổn khi muốn có được một hệ đo nhiệt với độ chính xác xuống tới 0,5% (như bạn nào đó đã nói tới ở trên) vì lý do sau:
+ nếu quá trình hiệu chỉnh làm ở nhiệt độ thường (ví dụ ở trong phòng, trong nhà v.v.) thì áp suất của khí quyển là thay đổi chứ không cố định trong thời gian bạn hiệu chuẩn (theo kinh nghiệm của tôi có thể tới vài phần trăm thay đổi của áp suất), do đó nhiệt độ sôi của nước tương ứng rất có thể sẽ phải dao động do đó bản thân điểm chuẩn 100 độ C cũng sẽ có một sai số.
+ tương tự có thể với điểm không độ

Theo mình hiểu để hiệu chuẩn các thiết bị có độ chính xác cao, người ta phải dùng các nguồn phát nhiệt chuẩn, chính là các điểm chuyển pha của vật chất, nơi mà tính ổn định ngắn hạn và dài hạn của các điểm này (các điểm nhiệt độ) là rất tốt. Điểm sôi và điểm đông của đá cũng là các điểm chuyển pha tin cậy, tuy nhiên để mức tin cậy cao hơn thì phải khống chế cả một vài điều kiện khác nữa .

Rất mong nhận được tin phản hồi của các bạn về các bo mạch dễ kiếm .

[bqviet]

_ Kiểu bo mạch như bạn nói (đầu vào là Pt100, đầu ra nối được với cổng của máy tính) là rất phức tạp và phải chạy cùng phần mềm trên máy tính. Không có thiết kế "ăn sẵn" nào dùng được ngay đâu. Ở đây mới bàn về bộ chuyển đổi Pt100 -> 4-20mA đã thấy phát sinh nhiều vấn đề rồi.

_ Cách nhúng lần lượt vào nước đá và nước sôi không phải là cách hiệu chỉnh độ chính xác rất cao, nhưng nó là cách rẻ nhất để đạt được độ chính xác khá cao, đủ dùng cho 99,99% ứng dụng trong công nghiệp. Ở quy mô phòng thí nghiệm, người ta dùng nguồn phát nhiệt chuẩn gọi là thermo well (giếng nhiệt) với giá thành cỡ trăm triệu trở lên. Ví dụ giếng nhiệt của hãng TC (một cái tên quen thuộc trong giới sản xuất Pt100 và cặp nhiệt) giá trên 5000 bảng Anh. Có bạn sinh viên hoặc kỹ sư đi làm nào chịu nổi không ?

Một mặt bạn bàn về khía cạnh rất hàn lâm khi đo lường, mặt khác lại cần bo mạch đơn giản dễ kiếm; thật bó tay.

[vatly]

Mình nói tới độ chính xác là do kết quả nói chuyện của mấy ông làm về đo lường nhiệt độ, mấy ông này hay quan tâm tới độ ổn định và chính xác cao, và thường xét rất các yếu tố có thể gây ảnh hưởng cho ví dụ như điểm sôi 100 độ của nước: ông ấy thường hỏi là nước tinh khiết không, nước đặt ở nhiệt độ thường hay ở trong buồng nhiệt độ cao v.v. Nói chung là hỏi rất chu đáo .

Còn mình thì đang muốn tìm cách làm một cái đồng hồ đo nhiệt độ trong phòng, độ chính xác có thể tới +/- 1 độ hoặc 1/2 độ ở điều kiện thường là okay rồi nên mới hỏi xem các anh chị em trên này có ai biết thì chỉ dùm.

[bqviet]

Nếu chỉ cần đo nhiệt độ phòng thì không cần tới Pt100. Dùng cảm biến bán dẫn LM335 kết hợp với ICL7135 là thừa đủ lại rẻ. Mạch đo bạn tham khảo tại hình 7 trong datasheet của ICL7135 gửi kèm đây, kết hợp đọc thêm datasheet của LM335 là ổn.

Nếu thấy mạch phức tạp quá, dùng luôn cái nhiệt kế hiển thị vạch cho tiện: rẻ, khá chính xác, không cần điện.