একটি PT100 এবং একটি Arduino ব্যবহার করে তাপমাত্রা পরিমাপ: 16 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:00

এই প্রকল্পের লক্ষ্য হল একটি তাপমাত্রা সেন্সিং সিস্টেম ডিজাইন, নির্মাণ এবং পরীক্ষা করা। সিস্টেমটি 0 থেকে 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার পরিসীমা পরিমাপ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছিল। তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য একটি PT100 ব্যবহার করা হয়েছিল, এবং এটি একটি প্রতিরোধের তাপমাত্রা আবিষ্কারক (RTD) যা তার পার্শ্ববর্তী তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে তার প্রতিরোধের পরিবর্তন করে।

ধাপ 1: যন্ত্রপাতি

1x PT100

1x ব্রেডবোর্ড

2x 2.15 kohms প্রতিরোধক

1x 100 ohms প্রতিরোধক

তারের

বিদ্যুৎ সরবরাহ

ডিফারেনশিয়াল পরিবর্ধক

ধাপ 2: PT100 সম্পর্কে

আমাদের প্রকল্পের অংশ হিসেবে আমাদেরকে 0 ডিগ্রী থেকে 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা পরিমাপের দায়িত্ব দেওয়া হয়েছে। আমরা নিম্নলিখিত কারণে PT100 ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি:

PT100 হল একটি রেজিস্ট্যান্স টেম্পারেচার ডিটেক্টর (RTD), যা -200 ডিগ্রি থেকে সর্বোচ্চ 850 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা পরিমাপ করতে পারে, কিন্তু সাধারণত 200 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয় না। এই পরিসীমা আমাদের প্রয়োজনীয়তা মেনে চলে।

এই সেন্সর প্রদত্ত আশেপাশের তাপমাত্রার জন্য একটি প্রতিরোধ তৈরি করে। তাপমাত্রা এবং সেন্সরের প্রতিরোধের মধ্যে সম্পর্ক রৈখিক। এটি, সেন্সরের প্রয়োজনীয় ন্যূনতম সেটআপের সাথে, ভবিষ্যতে অন্যান্য তাপমাত্রার রেঞ্জের প্রয়োজন হলে এটির সাথে কাজ করা এবং বেদী করা সহজ করে তোলে।

PT100- এর একটি ধীর প্রতিক্রিয়া সময় আছে কিন্তু সঠিক। এই বৈশিষ্ট্যগুলি আমাদের লক্ষ্যের উপর খুব বেশি প্রভাব ফেলে না এবং এইভাবে কোন তাপমাত্রা সেন্সর ব্যবহার করতে হবে তা নির্ধারণ করার সময় এত প্রভাবশালী ছিল না।

ধাপ 3: হুইটস্টোন ব্রিজ

গম পাথর সেতু একটি সেতু সার্কিটের দুই পা ভারসাম্য করে একটি অজানা বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়, যার একটি পা অজানা উপাদান অন্তর্ভুক্ত করে।

সার্কিটের প্রাথমিক সুবিধা হল 0V থেকে শুরু হওয়া আউটপুট ভোল্টেজের একটি পরিসীমা পাওয়ার ক্ষমতা।

একটি সাধারণ ভোল্টেজ ডিভাইডার ব্যবহার করা যেতে পারে কিন্তু আমাদের কোন অফসেট উপস্থিত থেকে পরিত্রাণ পেতে দেয় না, যা ভোল্টেজ আউটপুটকে কম কার্যকর করে তোলে।

0 থেকে 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার জন্য PT100 এর প্রতিরোধ 100 থেকে 138.5055 পর্যন্ত পরিবর্তিত হয়।

একটি গম পাথর সেতুর সূত্র নিচে, এটি পিডিএফ টেবিল থেকে প্রাপ্ত বিভিন্ন রেঞ্জের জন্য গম পাথর সেতু পুনরুদ্ধার করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

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

আমাদের দৃশ্যে:

R2 হবে আমাদের PT100 রেজিস্ট্যান্স।

R1 R3 এর সমান হবে।

0 ডিগ্রী সেলসিয়াসে 0V আউটপুট করার জন্য R4 100 ohms এর সমান হওয়া প্রয়োজন।

Vout কে 0V এবং Vin থেকে 5V এ সেট করা আমাদেরকে R1 এবং R2 = 2.2k ohms এর মান গ্রহণের প্রতিরোধ করতে দেয়।

আমরা তখন সেন্সরের প্রতিরোধের জন্য 138.5055 ওহমে সাব করতে পারি আমাদের আউটপুট ভোল্টেজ 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস = 80mV এ

ধাপ 4: সার্কিট অনুকরণ

সার্কিট অনুকরণ করার জন্য একটি সরঞ্জাম, OrCAD ক্যাপচার আমাদের সার্কিট অনুকরণ এবং বিভিন্ন তাপমাত্রায় প্রত্যাশিত ভোল্টেজ আউটপুট খুঁজে পেতে ব্যবহৃত হয়েছিল। এটি আমাদের সিস্টেম কতটা সঠিক ছিল তা তুলনা করার জন্য পরে ব্যবহার করা হবে।

সার্কিটটি একটি প্যারাম্যাটিক সুইপ দিয়ে একটি ক্ষণস্থায়ী সময় বিশ্লেষণকে পরিপূর্ণ করে তৈরি করা হয়েছিল যা 3.85055 ওহমের ধাপে pt100 প্রতিরোধকে 100 ohms থেকে 138.5055 ohms পর্যন্ত পরিবর্তিত করেছিল।

ধাপ 5: সিমুলেটেড ফলাফল

উপরের ফলাফলগুলি সার্কিটের আউটপুট ভোল্টেজ এবং প্রতিরোধের মানগুলির রৈখিক সম্পর্ক দেখায়।

ফলাফলগুলি তখন এক্সেলে প্রবেশ করা হয়েছিল এবং চক্রান্ত করা হয়েছিল। এক্সেল এই মানগুলির সাথে যুক্ত রৈখিক সূত্র প্রদান করে। সেন্সরের রৈখিকতা এবং আউটপুট ভোল্টেজ পরিসীমা নিশ্চিত করা।

ধাপ 6: সার্কিট তৈরি করা

দুটি 2.2k ওহম প্রতিরোধক এবং 100 ওহম প্রতিরোধক ব্যবহার করে সার্কিটটি একত্রিত করা হয়েছিল।

প্রতিরোধকের +-5%সহনশীলতা রয়েছে। বিভিন্ন প্রতিরোধের মানগুলি সেতুটি 0 ডিগ্রীতে ভারসাম্যহীন করে তোলে।

যতটা সম্ভব 100 ওহমের কাছাকাছি R4 পাওয়ার জন্য নামমাত্র পরিমাণ প্রতিরোধের যোগ করার জন্য 100 ওহম রেসিস্টারে সিরিজগুলিতে সমান্তরাল প্রতিরোধক যুক্ত করা হয়েছিল।

এটি 0.00021V এর একটি আউটপুট ভোল্টেজ তৈরি করেছে যা 0V এর খুব কাছাকাছি।

R1 হল 2, 1638 ohms এবং R3 হল 2, 1572 ohms। R1 এবং R3 কে হুবহু সমান করে তুলতে আরও প্রতিরোধক সংযুক্ত করা যেতে পারে, যা পুরোপুরি সুষম সেতু প্রদান করে।

সম্ভাব্য ত্রুটি:

বিভিন্ন তাপমাত্রা মান পরীক্ষা করতে ব্যবহৃত পরিবর্তনশীল প্রতিরোধক বাক্সটি ভুল হতে পারে।

ধাপ 7: পরিমাপ ফলাফল

মাপা ফলাফল নিচে দেখা যাবে।

তাপমাত্রার পরিবর্তন পরিমাপ করা হয়েছিল একটি পরিবর্তনশীল রোধকারী বাক্স ব্যবহার করে, R2 এর প্রতিরোধকে PT100 ডেটশীটে পাওয়া যেতে পারে এমন বিভিন্ন প্রতিরোধের জন্য।

এখানে পাওয়া সূত্রটি তাপমাত্রার আউটপুট নির্ধারণের জন্য কোডের অংশ হিসেবে ব্যবহার করা হবে।

ধাপ 8: অনেক বড় তাপমাত্রার রেঞ্জের জন্য

খুব বেশি তাপমাত্রা রেকর্ড করার প্রয়োজন হলে সার্কিটে একটি টাইপ কে থার্মোকল চালু করা যেতে পারে। টাইপ কে থার্মোকল একটি তাপমাত্রা পরিসীমা -270 থেকে 1370 ডিগ্রি সেলসিয়াস পরিমাপ করতে পারে।

Thermocouples তাপবিদ্যুৎ প্রভাবের উপর ভিত্তি করে কাজ করে, তাপমাত্রার পার্থক্য একটি সম্ভাব্য পার্থক্য (ভোল্টেজ) উৎপন্ন করে।

যেহেতু থার্মোকল দুটি তাপমাত্রার পার্থক্যের উপর ভিত্তি করে কাজ করে রেফারেন্স জংশনের তাপমাত্রা জানা প্রয়োজন।

থার্মোকল দিয়ে পরিমাপের দুটি পদ্ধতি রয়েছে যা আমরা ব্যবহার করতে পারি:

একটি PT100 সেন্সর রেফারেন্স জংশনে স্থাপন করা যেতে পারে এবং রেফারেন্স ভোল্টেজ পরিমাপ করতে পারে।

থার্মোকলের রেফারেন্স জংশন একটি বরফ স্নানে স্থাপন করা যেতে পারে যা একটি ধ্রুব 0 ডিগ্রি সেলসিয়াস হবে কিন্তু এই প্রকল্পের জন্য অবাস্তব হবে।

ধাপ 9: সংক্ষিপ্ত বিবরণ: ডিফারেনশিয়াল পরিবর্ধক পর্যায়

ডিফারেনশিয়াল এম্প্লিফায়ার বিল্ডের একটি অবিচ্ছেদ্য অংশ। ডিফারেনশিয়াল এম্প্লিফায়ার মূলত একক সার্কিটের মধ্যে একটি অ-বিপরীত এবং বিপরীত পরিবর্ধককে একত্রিত করে। অবশ্যই যে কোনও বিল্ডের মতো এটি তার নিজস্ব সীমাবদ্ধতার সাথে আসে তবে পরবর্তী কয়েকটি ধাপে দেখানো হবে, এটি অবশ্যই 5V এর সঠিক আউটপুট পেতে সহায়তা করে।

ধাপ 10: ডিফারেনশিয়াল পরিবর্ধক সম্পর্কে

ডিফারেনশিয়াল এম্প্লিফায়ার একটি অপারেশনাল পরিবর্ধক। এটি এমভি -তে হুইটস্টোন ব্রিজ থেকে ভোল্টেজ আউটপুট বাড়ানোর এই সার্কিট ডিজাইনে মূল ভূমিকা পালন করে এবং তারপর আরডুইনো ভোল্টেজ ইনপুট হিসাবে পড়ে। এই পরিবর্ধক দুটি ভোল্টেজ ইনপুট নেয় এবং দুটি সংকেতের মধ্যে পার্থক্য বৃদ্ধি করে। একে ডিফারেনশিয়াল ভোল্টেজ ইনপুট বলা হয়। ডিফারেনশিয়াল ভোল্টেজ ইনপুট তখন এম্প্লিফায়ার দ্বারা পরিবর্ধিত হয় এবং এম্প্লিফায়ারের আউটপুটে লক্ষ্য করা যায়। পূর্ববর্তী বিভাগে হুইটস্টোন ব্রিজের ভোল্টেজ ডিভাইডার থেকে এম্প্লিফায়ার ইনপুট পাওয়া যায়।

ধাপ 11: সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা

ডিফারেনশিয়াল এম্প্লিফায়ার তার নিজস্ব সুবিধা এবং অসুবিধার সাথে আসে। এই ধরনের পরিবর্ধক ব্যবহারের প্রধান সুবিধা হল নির্মাণের সুবিধার জন্য। এই সহজ নির্মাণের ফলে, এটি সার্কিটের সম্মুখীন সমস্যা সমাধান সহজ এবং আরও দক্ষ করে তোলে।

এই ধরনের একটি সার্কিট ব্যবহার করার অসুবিধা হল যে পরিবর্ধকের লাভ সামঞ্জস্য করার জন্য, লাভ নির্ধারণকারী প্রতিরোধক (প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধক এবং স্থল সংযুক্ত প্রতিরোধক) উভয়ই বন্ধ করতে হবে, যা সময়সাপেক্ষ হতে পারে। দ্বিতীয়ত, op-amp এর অপেক্ষাকৃত কম CMRR (সাধারণ-মোড প্রত্যাখ্যান অনুপাত) রয়েছে যা ইনপুট অফসেট ভোল্টেজের প্রভাব হ্রাস করার জন্য আদর্শ নয়। এইভাবে আমাদের মত একটি কনফিগারেশনে, অফসেট ভোল্টেজের প্রভাবগুলি হ্রাস করার জন্য একটি উচ্চ CMRR থাকা অপরিহার্য।

ধাপ 12: পছন্দসই আউটপুট লাভ নির্বাচন

অপ-এমপটিতে সার্কিটের সাথে সংযুক্ত 4 টি প্রতিরোধক রয়েছে। ভোল্টেজ ইনপুটগুলিতে 2 টি মিলে যাওয়া প্রতিরোধক, অন্যটি মাটির সাথে সংযুক্ত একটি প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধক। এই দুটি প্রতিরোধক op-amp এর ইনপুট প্রতিবন্ধকতা হিসাবে কাজ করে। সাধারণত, 10-100 কিলোহামের পরিসরে একটি প্রতিরোধক যথেষ্ট হওয়া উচিত, তবে একবার এই প্রতিরোধকগুলি সেট হয়ে গেলে, ইনপুটগুলির মধ্যে একটিতে ইনপুট প্রতিরোধকের সাথে প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধকের অনুপাতকে পছন্দসই আউটপুট লাভের মাধ্যমে লাভ নির্ধারণ করা যেতে পারে (আরএফ/রিন)।

স্থল সংযুক্ত প্রতিরোধক, সেইসাথে প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধক, মিলেছে। এগুলি হল নির্ধারণকারী প্রতিরোধক। একটি উচ্চ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা থাকার মাধ্যমে, এটি সার্কিটে লোডিংয়ের প্রভাবগুলিকে কমিয়ে দেয় অর্থাৎ ডিভাইসের মাধ্যমে ড্রাইভিং থেকে উচ্চ পরিমাণে কারেন্ট প্রতিরোধ করা যা অনিয়ন্ত্রিত হলে ধ্বংসাত্মক প্রভাব ফেলতে পারে।

ধাপ 13: আরডুইনো মাইক্রোকন্ট্রোলার

আরডুইনো একটি প্রোগ্রামযোগ্য মাইক্রোকন্ট্রোলার যা ডিজিটাল এবং এনালগ I/O পোর্টগুলির বৈশিষ্ট্যযুক্ত। মাইক্রোকন্ট্রোলারকে একটি এনালগ ইনপুট পিনের মাধ্যমে এম্প্লিফায়ার থেকে ভোল্টেজ পড়তে প্রোগ্রাম করা হয়েছিল। প্রথমে, Arduino সার্কিট আউটপুট পরিসীমা 0-5 V থেকে ভোল্টেজ পড়বে এবং এটি 0-1023 DU তে রূপান্তর করবে এবং এটি মান মুদ্রণ করবে। পরবর্তী, ভোল্টেজ মান পেতে এনালগ মান 5 দ্বারা গুণিত হবে এবং 1023 দ্বারা ভাগ করা হবে। 0-100 C থেকে তাপমাত্রার পরিসরের সঠিক স্কেল দিতে এই মান 20 দ্বারা গুণ করা হবে।

অফসেট এবং সংবেদনশীলতা মান পেতে, A0 তে ইনপুট পিন থেকে রিডিংগুলি PT100 এর জন্য বিভিন্ন মান নিয়ে নেওয়া হয়েছিল এবং গ্রাফটি রৈখিক সমীকরণ পেতে পরিকল্পনা করা হয়েছিল।

যে কোডটি ব্যবহার করা হয়েছিল:

অকার্যকর সেটআপ () {Serial.begin (9600); // কম্পিউটারের সাথে সিরিয়াল সংযোগ শুরু করুন

পিনমোড (A0, INPUT); // এম্প্লিফায়ার থেকে আউটপুট এই পিনের সাথে সংযুক্ত হবে

}

অকার্যকর লুপ ()

{ফ্লোট অফসেট = 6.4762;

ভাসা সংবেদনশীলতা = 1.9971;

int AnalogValue = analogRead (A0); // A0 এ ইনপুট পড়ুন

সিরিয়াল.প্রিন্ট ("এনালগ মান:");

Serial.println (AnalogValue); // ইনপুট মান মুদ্রণ করুন

বিলম্ব (1000);

float DigitalValue = (AnalogValue * 5) / (1023); // 5 দ্বারা mul পরিসীমা দিতে 0-100 ডিগ্রী

সিরিয়াল.প্রিন্ট ("ডিজিটাল মান:");

Serial.println (DigitalValue); // এনালগ ভোল্টেজ মান

float temp = (AnalogValue - offset)/সংবেদনশীলতা;

সিরিয়াল.প্রিন্ট ("তাপমাত্রার মান:");

Serial.println (temp); // মুদ্রণ তাপমাত্রা

বিলম্ব (5000);

}

ধাপ 14: সমস্যা সমাধান

অপ-অ্যাম্পে 15V সরবরাহ এবং গম পাথর সেতু এবং আরডুইনোতে 5V সরবরাহের একটি সাধারণ স্থল থাকতে হবে। (সব 0v মান একসাথে সংযুক্ত করা প্রয়োজন।)

একটি ভোল্টমিটার ব্যবহার করে নিশ্চিত করা যায় যে প্রতিটি প্রতিরোধকের পরে ভোল্টেজ কমে যায় যাতে কোন শর্ট সার্কিট না থাকে।

যদি ফলাফলগুলি ভিন্ন এবং অসঙ্গতিপূর্ণ হয় তবে তারের প্রতিরোধের পরিমাপের জন্য ভোল্টমিটার ব্যবহার করে তারের পরীক্ষা করা যেতে পারে, যদি প্রতিরোধটি "অফলাইন" বলে তবে এর অর্থ অসীম প্রতিরোধ এবং তারের একটি খোলা সার্কিট রয়েছে।

তারগুলি 10 ওহমের কম হওয়া উচিত।

গম পাথরের সেতু জুড়ে ভোল্টেজের পার্থক্য তাপমাত্রা পরিসরের ন্যূনতম পরিসরে 0V হওয়া উচিত, যদি সেতু ভারসাম্যপূর্ণ না হয় তবে এটি হতে পারে কারণ:

প্রতিরোধকগুলির একটি সহনশীলতা রয়েছে, যার অর্থ তাদের একটি ত্রুটি থাকতে পারে যার ফলে গম পাথরের সেতু ভারসাম্যহীন হতে পারে, যদি এটি সার্কিট থেকে সরানো হয় তবে ভোল্টমিটার দিয়ে প্রতিরোধগুলি পরীক্ষা করা যেতে পারে। সেতুটির ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য সিরিজ বা সমান্তরালে ছোট প্রতিরোধক যোগ করা যেতে পারে।

Rseries = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

ধাপ 15: পুনরুদ্ধার

ভিন্ন তাপমাত্রার জন্য সিস্টেমটি উদ্ধারের সূত্র এবং পদ্ধতি গম পাথর সেতু বিভাগে পাওয়া যাবে। একবার এই মানগুলি পাওয়া গেলে এবং সার্কিট সেট আপ করা হয়:

PT100 কে একটি প্রতিরোধক বাক্স দিয়ে প্রতিস্থাপন করা উচিত, সংযুক্ত পিডিএফ থেকে প্রাপ্ত উপযুক্ত প্রতিরোধের মানগুলি ব্যবহার করে নতুন তাপমাত্রা পরিসীমা থেকে প্রতিরোধের মানগুলি সমন্বয় করা উচিত।

পরিমাপ করা ভোল্টেজ এবং প্রতিরোধ এবং এক্স অক্ষের তাপমাত্রা (প্রতিরোধের) এবং y এর ভোল্টেজের সাথে এক্সেলে প্লট করা উচিত।

এই প্লট থেকে একটি সূত্র দেওয়া হবে, অফসেট হবে ধ্রুবক যা যোগ করা হবে এবং সংবেদনশীলতা হবে x দ্বারা গুণিত সংখ্যা।

এই মানগুলি কোডে পরিবর্তন করা উচিত এবং আপনি সফলভাবে সিস্টেমটিকে পুনরায় আকার দিয়েছেন।

ধাপ 16: Arduino সেট আপ

Arduino এর A0 ইনপুট পিনের সাথে সার্কিট amp এর আউটপুট সংযুক্ত করুন

একটি পিসিতে USB পোর্টের মাধ্যমে Arduino Nano সংযোগ করুন।

কোডটি Arduino স্কেচ ওয়ার্কস্পেসে পেস্ট করুন।

কোড কম্পাইল করুন।

সরঞ্জাম> বোর্ড> Arduino Nano নির্বাচন করুন।

টুলস> পোর্ট> সিওএম পোর্ট নির্বাচন করুন।

আরডুইনোতে কোড আপলোড করুন।

ডিজিটাল মান আউটপুট হল op-amp এর ভোল্টেজ আউটপুট (0-5V হওয়া উচিত)

তাপমাত্রার মান হল সিস্টেমগুলি সেলসিয়াসে তাপমাত্রা পড়ে।