Bu iki hissəli seriyanın ilk məqaləsidir. Bu məqalə əvvəlcə tarix və dizayn problemlərini müzakirə edəcəkdirTermistor əsaslı temperaturÖlçmə sistemləri, eləcə də müqavimət termometri (RTD) istilik ölçmə sistemləri ilə müqayisəsi. Bu, termistor, konfiqurasiya ticarəti və bu tətbiq sahəsindəki Sigma-Delta analoq-rəqəmsal çeviricilərin (ADCS) seçimini də təsvir edəcəkdir. İkinci məqalədə, son termistor əsaslı ölçmə sistemini optimallaşdırmaq və qiymətləndirmək olar.
Əvvəlki məqalə seriyasında təsvir olunduğu kimi, RTD temperatur sensor sistemlərini optimallaşdıran bir RTD, müqaviməti temperaturla dəyişən bir rezistordur. Termistorlar RTD-lərə bənzər işləyirlər. Yalnız müsbət temperatur əmsalı olan RTD-dən fərqli olaraq, bir termistor müsbət və ya mənfi temperatur əmsalı ola bilər. Mənfi temperatur əmsalı (NTC) Termistorlar temperatur yüksəldikcə, temperaturun əmsalının (PTC) termistorlarının temperaturu artdıqca müqavimətlərini artırdıqca müqavimətlərini azaldır. Şek. 1 Tipik NTC və PTC Termistorların cavab xüsusiyyətlərini göstərir və onları RTD əyriləri ilə müqayisə edir.
Temperatur aralığı baxımından, RTD əyrisi təxminən xəttidir və sensor termistorun qeyri-xətti (exponential) təbiəti səbəbindən termistorlardan (adətən -200 ° c) daha geniş temperaturlu bir temperaturu əhatə edir. RTD-lər ümumiyyətlə tanınmış standart əyrilərdə təmin olunur, Termistor əyriləri isə istehsalçı tərəfindən dəyişir. Bu məqalənin termistor seçmə bələdçisi bölməsində bunu ətraflı müzakirə edəcəyik.
Termistorlar kompozit materiallardan, ümumiyyətlə keramika, polimerlər və ya yarımkeçiricilərdən (ümumiyyətlə metal oksidlər) və təmiz metallardan (platin, nikel və ya mis) hazırlanır. Termistorlar, RTD-lərdən daha sürətli referat-dan daha sürətli dəyişiklikləri aşkar edə bilərlər. Buna görə termistorlar, ucuz qiymət, kiçik ölçülü, daha sürətli cavab, daha sürətli cavab, daha sürətli cavab, daha yüksək həssaslıq, daha yüksək həssaslıq və məhdud temperatur aralığı, emalı və ya bina nəzarətləri, elmi laboratoriyalar və ya ticari laboratoriyalar və ya ticari laboratoriyalar və ya sirkə tətbiqetmələri üçün məhdud temperatur aralığı tələb edir. məqsədlər. Proqramlar.
Əksər hallarda, NTC termistorları PTC termistorları deyil, dəqiq istiliyin ölçülməsi üçün istifadə olunur. Bəzi PTC termistorları, həddindən artıq qorunma dövrələrində və ya təhlükəsizlik tətbiqetmələri üçün sıfırlama qoruyucularında istifadə edilə bilən bir termistor mövcuddur. Bir PTC Termistorunun müqavimət-temperatur əyri, keçid nöqtəsinə (və ya curie point) -ə çatmadan çox kiçik bir NTC bölgəsini göstərir, bu da müqavimət bir neçə dərəcədə bir neçə dərəcədə bir neçə ölçüdə bir neçə ölçüdə kəskin yüksəlir. Aşırı şəraitdə, PTC Termistoru, keçid temperaturu aşdıqda, müqavimətinin sistemə davam etməsi və bununla da sistemin girişinin qarşısını alacaq olan müqavimət kəskin şəkildə artacaqdır. PTC Termistorlarının kommutasiya nöqtəsi adətən 60 ° C və 120 ° C-dir və geniş tətbiqlərdə temperatur ölçmələrini idarə etmək üçün uyğun deyildir. Bu məqalə, adətən -80 ° C-dən + 150 ° C arasında dəyişən temperaturu ölçə və ya izləyə bilən NTC termistorlarına yönəlmişdir. NTC Termistorları bir neçə ohm-dən 10 mω-ə qədər müqavimət reytinqləri 25 ° C-ə qədərdir. Şəkildə göstərildiyi kimi. 1, Termistorlar üçün bir dərəcə Celsius üçün müqavimət dəyişikliyi müqavimət termometrlərindən daha çox aydın olur. Termistorlarla müqayisədə, Termistorun yüksək həssaslığı və yüksək müqavimət dəyəri, termistorlar, qurğuşun müqavimətini kompensasiya etmək üçün 3 tel və ya 4 tel kimi xüsusi tel konfiqurasiyasını tələb etmədikləri üçün. Termistor dizaynı yalnız sadə 2 telli bir konfiqurasiyadan istifadə edir.
Yüksək dəqiqlikli Termistor əsaslı temperatur ölçülməsi Şəkildə göstərildiyi kimi dəqiq siqnal emal, analoqdan rəqəmsal dönüşüm, xətti və kompensasiya tələb edir. 2.
Siqnal zənciri sadə görünsə də, bütün anakartın ölçüsünə, xərclərinə və performansına təsir edən bir neçə mürəkkəb var. ADI'nin dəqiq ADC portfelinə, bir tətbiq üçün lazım olan tikinti bloklarının əksəriyyəti qurulmuş bina bloklarının əksəriyyəti üçün bir sıra üstünlüklər verən AD7124-4 / AD7124-8 kimi bir sıra inteqrasiya edilmiş həllər daxildir. Bununla birlikdə, Termistor əsaslı temperaturun ölçmə həllərini dizayn və optimallaşdırmaqda müxtəlif problemlər var.
Bu məqalə bu məsələlərin hər birini müzakirə edir və onları həll etmək və bu cür sistemlər üçün dizayn prosesini daha da asanlaşdırmaq üçün tövsiyələr verir.
Geniş çeşidli varNTC TermistorlarıBu gün bazarda, buna görə tətbiqiniz üçün düzgün termistoru seçmək çətin bir iş ola bilər. Qeyd edək ki, termistorlar nominal dəyəri ilə sadalanır, bu da onların nominal müqaviməti 25 ° C-də. Buna görə, 10 Kω Termistorun 10 Kω-də 10 Kω-nin nominal müqaviməti var. Termistorların nominal və ya bir neçə ohm-dən 10 mω arasında dəyişən nominal və ya əsas müqavimət dəyərləri var. Aşağı müqavimət reytinqləri olan termistorlar (10 kω və ya daha az nominal müqavimət), eyni zamanda -50 ° C-dən + 70 ° C kimi aşağı temperatur aralığını dəstəkləyir. Daha yüksək müqavimət reytinqləri olan termistorlar 300 ° C-ə qədər temperaturdan yapışa bilərlər.
Termistor elementi metal oksiddən hazırlanmışdır. Termistorlar top, radial və smd formalarda mövcuddur. Termistor muncuqları əlavə qorunma üçün epoksi örtülmüş və ya şüşədir. Epoksi örtüklü top termistorları, radial və səthi termistorlar 150 ° C-ə qədər temperatur üçün uygundur. Şüşə boncuk termistorları yüksək temperaturun ölçülməsi üçün uygundur. Bütün növ örtüklər / qablaşdırma da korroziyadan qorunur. Bəzi termistorların sərt mühitlərdə əlavə qorunması üçün əlavə mənzillər də olacaqdır. Muncuq termistorları radial / SMD termistorlarından daha sürətli cavab müddəti var. Ancaq onlar da davamlı deyillər. Buna görə istifadə olunan termistorun növü, termistorun yerləşdiyi son tətbiqdən və ətraf mühitdən asılıdır. Termistorun uzunmüddətli sabitliyi onun materialından, qablaşdırmasından və dizaynından asılıdır. Məsələn, bir epoksi örtülmüş bir NTC termistoru ildə 0,2 ° C dəyişə bilər, möhürlənmiş bir termistor isə ildə 0.02 ° C-də dəyişir.
Termistorlar fərqli dəqiqliklə gəlirlər. Standart Termistorlar adətən 0,5 ° C-dən 1.5 ° C-ə qədər dəqiqlik var. Termistor müqavimət reytinqi və beta dəyəri (25 ° C-dən 50 ° C / 85 ° C nisbətində bir tolerantlıq var. Qeyd edək ki, termistorun beta dəyəri istehsalçı tərəfindən dəyişir. Məsələn, müxtəlif istehsalçılardan 10 kω NTC termistorları fərqli beta dəyərləri olacaqdır. Daha dəqiq sistemlər üçün Omega ™ 44xxx seriyası kimi termistorlar istifadə edilə bilər. 0 ° C-dən 70 ° C-ə qədər bir temperatur aralığında 0,1 ° C və ya 0,2 ° C dəqiqliyi var. Buna görə ölçülə bilən temperatur çeşidi və bu temperatur aralığı üzərində tələb olunan dəqiqlik termistorların bu tətbiq üçün uyğun olub olmadığını müəyyənləşdirir. Unutmayın ki, omega 44xxx seriyasının dəqiqliyi nə qədər yüksəkdirsə, dəyəri nə qədər yüksəkdir.
Selsi dərəcə dərəcələrinə müqavimət göstərmək üçün, beta dəyəri ümumiyyətlə istifadə olunur. Beta dəyəri iki temperatur nöqtəsini və hər bir temperatur nöqtəsindəki müvafiq müqaviməti bilməklə müəyyən edilir.
RT1 = Temperatur müqaviməti 1 RT2 = Temperatur müqaviməti 2 T1 = Temperatur 1 (K) T2 = Temperatur 2 (K)
İstifadəçi, layihədə istifadə olunan temperatur aralığına ən yaxın beta dəyərindən istifadə edir. Termistor Datasheets, 25 ° C-də müqavimət tolerantlığı və beta dəyəri üçün bir tolerantlıq ilə birlikdə beta dəyərini sadalayır.
Ali Həssas Termistorlar və Omega 44xxx seriyası kimi yüksək dəqiqlik həlləri, məsələn, SELSIUS dərəcələrinə müqaviməti çevirmək üçün Steinhart-Hart tənliyindən istifadə edir. 2-ci tənlik 2, sensor istehsalçısı tərəfindən yenidən verilən üç sabit A, B və C tələb edir. Tənlik əmsalları üç temperatur nöqtəsindən istifadə edərək yaranan, nəticədə yaranan tənlik, xətti ilə (adətən 0,02 ° C) tərəfindən təqdim olunan xətanı minimuma endirir.
A, B və C üç temperaturlu nöqtədən yaranan sabitlərdir. R = Ohms t = t = temperaturda Termistor müqaviməti
Şek. 3 sensorun hazırkı həyəcanını göstərir. Sürücü cərəyanı termistora tətbiq olunur və eyni cərəyan dəqiq rezistora tətbiq olunur; Dəqiq bir rezistor ölçmə üçün bir istinad olaraq istifadə olunur. İstinad rezistorunun dəyəri termistor müqavimətinin ən yüksək dəyərindən (sistemdə ölçülən ən aşağı temperaturdan asılı olaraq) daha çox və ya bərabər olmalıdır.
Həyəcan cərəyanını seçərkən termistorun maksimum müqaviməti yenidən nəzərə alınmalıdır. Bu, sensor və istinad rezistoru boyunca gərginliyin həmişə elektronika üçün məqbul səviyyədə olmasını təmin edir. Sahə cari mənbəyi bir az başlıq və ya çıxış uyğunluğu tələb edir. Termistorun ən aşağı ölçülən temperaturda yüksək müqavimət göstərərsə, bu, çox aşağı sürücü cərəyanı ilə nəticələnəcəkdir. Buna görə, termistorun yüksək temperaturda yaranan gərginlik azdır. Proqramlaşdırıla bilən qazanc mərhələləri bu aşağı səviyyəli siqnalların ölçülməsini optimallaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər. Bununla birlikdə, qazanc dinamik şəkildə proqramlaşdırılmalıdır, çünki termistordan siqnal səviyyəsi temperaturla çox dəyişir.
Digər bir seçim qazancı təyin etmək, lakin dinamik sürücü cərəyanından istifadə etməkdir. Buna görə, termistorun dəyişməsi ilə siqnal səviyyəsi olaraq, sürücü cari dəyəri, termistor boyunca inkişaf edən gərginlik, elektron cihazın göstərilən giriş çeşidindədir. İstifadəçi istinad rezistoru boyunca inkişaf etmişliyin elektronika üçün məqbul səviyyədə olmasını təmin etməlidir. Hər iki variant, Termistor boyunca gərginliyin yüksək səviyyədə nəzarət, davamlı monitorinqi tələb edir ki, elektronikanın siqnal ölçülməsi üçün. Daha asan bir seçim varmı? Gərginlik həyəcanını düşünün.
DC gərginliyi termistora tətbiq edildikdə, termistor vasitəsilə cari termistorun müqavimət dəyişməsi kimi avtomatik olaraq tərəzi. İndi bir istinad rezistoru əvəzinə dəqiq bir dəqiq ölçmə rezistorundan istifadə edərək, onun məqsədi termistorun cari axını hesablamaqdır, beləliklə termistor müqavimətinin hesablanmasına imkan verir. Sürücü gərginliyi də ADC istinad siqnalı kimi istifadə olunduğundan, heç bir qazanc mərhələsi tələb olunmur. Prosessor, siqnal səviyyəsinin elektronika ilə ölçülə biləcəyi və hansı sürücülük vəsaiti / cari dəyərinin necə tənzimlənməsinə səbəb olacağı, termistor gərginliyini izləmək üçün iş yoxdur. Bu məqalədə istifadə olunan metoddur.
Termistorun kiçik bir müqavimət reytinqi və müqavimət diapazonu, gərginlik və ya cari həyəcan istifadə edilə bilər. Bu vəziyyətdə sürücünün cari və qazancı sabit ola bilər. Beləliklə, dövrə Şəkil 3-də göstəriləcəkdir. Bu metod, aşağı enerji tətbiqlərində dəyərli olan sensor və istinad rezistoru ilə cari idarəetmə ilə idarə etmək mümkündür. Bundan əlavə, termistorun özünü qızdırıcısı minimuma endirilir.
Gərginlik həyəcanları aşağı müqavimət reytinqləri olan termistorlar üçün də istifadə edilə bilər. Bununla birlikdə, istifadəçi həmişə sensorun sensoru və ya tətbiqi üçün çox yüksək olmamasını təmin etməlidir.
Gərginlik həyəcanları geniş bir müqavimət reytinqi və geniş bir temperatur aralığı olan bir termistor istifadə edərkən həyata keçirilməni asanlaşdırır. Daha böyük nominal müqavimət, qiymətləndirilən cərəyanların məqbul səviyyəsini təmin edir. Bununla birlikdə, dizaynerlər, cərəyanın tətbiq tərəfindən dəstəklənən bütün temperatur aralığında məqbul səviyyədə olmasını təmin etməlidirlər.
Sigma-Delta ADCS, bir termistor ölçmə sistemi dizayn edərkən bir neçə üstünlük təklif edir. Birincisi, Sigma-Delta ADC analoq girişini yenidən qurur, xarici süzgəc minimum səviyyədədir və yeganə tələb sadə bir RC filtridir. Filtr tipində və çıxış baud nisbətində rahatlıq təmin edirlər. Quraşdırılmış rəqəmsal süzgəc, əsas işləyən cihazlarda hər hansı bir müdaxiləni yatırmaq üçün istifadə edilə bilər. AD7124-4 / AD7124-8 kimi 24 bit cihaz 21,7 bitə qədər tam qətnamə var, buna görə yüksək qətnamə təqdim edirlər.
Bir Sigma-Delta ADC-nin istifadəsi, spesifikasiyanı, sistem dəyəri, lövhə məkanını və bazara vaxtı azaldılması zamanı termistor dizaynını çox asanlaşdırır.
Bu məqalə AD7124-4 / AD7124-8 ADC olaraq, daxili pga, quraşdırılmış istinad, analoq giriş və istinad tamponu olan aşağı səs, aşağı cərəyan, dəqiq ADC-lər kimi AD7124-4 / AD7124-8 istifadə edir.
Sürücü cari və ya sürücülük gərginliyindən istifadə etməyinizdən asılı olmayaraq, istinad gərginliyi və sensor gərginliyinin eyni sürücü mənbədən gəldiyi bir nisbət infiqurasiyası tövsiyə olunur. Bu o deməkdir ki, həyəcan mənbəyində hər hansı bir dəyişiklik ölçülmənin düzgünlüyünə təsir göstərməyəcəkdir.
Şek. 5 Termistor və dəqiq rezistor Rref üçün davamlı sürücü cərəyanı göstərir, RREF boyunca inkişaf edən gərginlik termistorun ölçülməsi üçün istinad gərginliyidir.
Sahə cərəyanı dəqiq olmağa ehtiyac yoxdur və bu konfiqurasiyada sahənin cərəyanında hər hansı bir səhv kimi daha az sabit ola bilər. Ümumiyyətlə, sensor ucqar yerlərdə yerləşdikdə üstün həssaslıq nəzarəti və daha yaxşı səs-küy toxunulmazlığı səbəbindən cari həyəcanverici həyəcan verilir. Bu növ qərəz metodu adətən, rtds və ya aşağı müqavimət dəyərləri olan termistorlar üçün istifadə olunur. Bununla birlikdə, daha yüksək müqavimət dəyəri və daha yüksək həssaslığı olan bir termistor üçün hər temperaturun dəyişməsi ilə yaranan siqnal səviyyəsi daha böyük olacaq, buna görə gərginlikli həyəcan istifadə olunur. Məsələn, 10 Kω Termistorun 25 ° C-də 10 Kω müqaviməti var. -50 ° C-də, NTC Termistorunun müqaviməti 441.117 Kω. AD7124-4 / AD7124-8 tərəfindən təqdim olunan 50 μA-nın minimum sürücüsü cərəyanı 441.117 kω × × × × μa = 22 v, bu tətbiq sahəsində çox yüksək və əməliyyat çeşidi xaricində istifadə olunan əməliyyat çeşidindən kənarda. Termistorlar da ümumiyyətlə elektronika yaxınlığında və ya yanında yerləşir, buna görə cari sürmək üçün toxunulmazlıq tələb olunmur.
Serialda bir mənada rezistor əlavə etmək, bir gərginlik bölücü dövrəsi, cari termistor vasitəsilə minimum müqavimət dəyərinə qədər məhdudlaşdırılacaqdır. Bu konfiqurasiyada, mənada rezistor rasosunun dəyəri təxminən 25 ° C-də, 25 ° C bir müqavimət göstərən 10 kω termistor, rasional temperaturda istinad gərginliyinin orta nöqtəsinə bərabər olacaqdır Temperaturun dəyişməsi kimi, NTC Termistorun müqaviməti də dəyişir və sürücü gərginliyinin termistor boyunca gərginliyinin də dəyişməsi, nəticədə NTC termistorunun müqavimətinə mütənasib olan çıxış gərginliyi ilə nəticələnir.
Termistor və / və ya RSense'nin ölçülməsi üçün istifadə olunan ADC arayış gərginliyini gücləndirmək üçün istifadə edilən seçilmiş gərginlik arayışı, sistemin nisbəti ölçmə (Şəkil 7), hər hansı bir həyəcanla əlaqəli səhv gərginlik mənbəyinin aradan qaldırılması üçün qərəzli olacaqdır.
Qeyd edək ki, ya mənada rezistor (gərginlikli) və ya istinad rezistoru (cari idarəetmə) aşağı ilkin tolerantlıq və aşağı sürüşmə olmalıdır, çünki hər iki dəyişən də bütün sistemin düzgünlüyünə təsir edə bilər.
Çox termistor istifadə edərkən bir həyəcan gərginliyi istifadə edilə bilər. Ancaq hər bir termistorun Şəkildə göstərildiyi kimi özünəməxsus mənada rezistoru olmalıdır. 8. Başqa bir seçim, bir dəqiq mənada rezistoru paylaşmağa imkan verən dövlətdə xarici multiplexer və ya aşağı müqavimət göstəricisini istifadə etməkdir. Bu konfiqurasiya ilə hər bir termistor ölçüldükdə bəzi məskunlaşma vaxtına ehtiyac duyur.
Xülasə, bir termistor əsaslı bir temperatur ölçmə sistemi dizayn edərkən bir çox sual var: sensor seçimi, sensor məftilləri, komponent seçimi ticarəti, ADC konfiqurasiyası və bu müxtəlif dəyişənlərin sistemin ümumi dəqiqliyinə necə təsir edir. Bu seriyada növbəti məqalədə hədəf performansınıza çatmaq üçün sistem dizaynınızı və ümumi sistem səhv büdcənizi necə optimallaşdırılacağını izah edir.
Time vaxt: Sep-30-2022