Бул эки бөлүктөн турган биринчи макала.Бул макалада адегенде тарыхы жана дизайн көйгөйлөрү талкууланаттермисторго негизделген температураөлчөө системалары, ошондой эле аларды каршылык термометринин (RTD) температураны өлчөө системалары менен салыштыруу.Ал ошондой эле термисторду тандоону, конфигурацияны алмаштырууну жана бул колдонмо чөйрөсүндө сигма-дельта аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөрдүн (ADC) маанилүүлүгүн сүрөттөйт.Экинчи макалада термистордун негизиндеги акыркы өлчөө системасын оптималдаштыруу жана баалоо керек.
Мурунку макалалар сериясында айтылгандай, RTD температура сенсор системаларын оптималдаштыруу, RTD каршылыгы температурага жараша өзгөрүп турган резистор.Термисторлор RTDлерге окшош иштейт.Оң температуралык коэффициентке ээ болгон RTDлерден айырмаланып, термистор оң же терс температура коэффициентине ээ болушу мүмкүн.Температуранын терс коэффиценти (NTC) термисторлору температуранын жогорулашы менен каршылыгын азайтат, ал эми оң температура коэффициенти (PTC) термисторлору температуранын жогорулашына жараша каршылыгын жогорулатат.fig боюнча.1 типтүү NTC жана PTC термисторлорунун жооп мүнөздөмөлөрүн көрсөтөт жана аларды RTD ийри сызыктары менен салыштырат.
Температура диапазону боюнча RTD ийри сызыгы дээрлик сызыктуу жана термистордун сызыктуу эмес (экспоненциалдык) табиятынан улам сенсор термисторлорго караганда бир кыйла кеңири температура диапазонун камтыйт (адатта -200°Cден +850°Cге чейин).RTDs адатта белгилүү стандартташтырылган ийри сызыктарда берилет, ал эми термистор ийри сызыктары өндүрүүчүгө жараша өзгөрөт.Муну биз бул макаланын термисторду тандоо боюнча көрсөтмө бөлүмүндө кеңири талкуулайбыз.
Термисторлор композиттик материалдардан, көбүнчө керамикадан, полимерлерден же жарым өткөргүчтөрдөн (көбүнчө металл оксиддери) жана таза металлдардан (платина, никель же жез) жасалат.Термисторлор температуранын өзгөрүшүн RTDлерге караганда тезирээк аныктап, тезирээк пикирди камсыздай алат.Ошондуктан, термисторлор көбүнчө электрониканы башкаруу, үйдү жана имаратты башкаруу, илимий лабораториялар же коммерциялык чөйрөдө термопарлар үчүн муздак түйүндөрдү компенсациялоо сыяктуу арзан бааны, кичине өлчөмдү, тез жооп берүүнү, жогорку сезгичтикти жана чектелген температура диапазонун талап кылган колдонмолордо сенсорлор тарабынан колдонулат. же өнөр жай колдонмолору.максаттары.Тиркемелер.
Көпчүлүк учурларда, NTC термисторлору PTC термистору эмес, так температураны өлчөө үчүн колдонулат.Кээ бир PTC термисторлору бар, аларды ашыкча ток коргоо схемаларында же коопсуздук колдонмолору үчүн кайра орнотулган сактагычтар катары колдонууга болот.PTC термисторунун каршылык-температура ийри сызыгы которуштуруу чекитине (же Кюри чекитине) жеткенге чейин өтө кичинекей NTC аймагын көрсөтөт, анын үстүндө каршылык бир нече градус Цельсий диапазонунда чоңдуктун бир нече иретине кескин көтөрүлөт.Ашыкча ток шарттарында, PTC термистору которуштуруу температурасы ашып кеткенде күчтүү өзүн-өзү жылытууну жаратат жана анын каршылыгы кескин жогорулайт, бул системага кирген токту азайтат, ошону менен бузулуунун алдын алат.PTC термисторлорунун которуштуруу чекити адатта 60°C жана 120°C ортосунда жана кеңири спектрдеги температураны өлчөө үчүн ылайыктуу эмес.Бул макала адатта -80°Cден +150°Cге чейинки температураны өлчөй же көзөмөлдөй турган NTC термисторлоруна багытталган.NTC термисторлорунун каршылык көрсөткүчтөрү 25°Cде бир нече Омдон 10 МΩ чейин.Сүрөттө көрсөтүлгөндөй.1, термисторлор үчүн Цельсий градусуна каршылыктын өзгөрүшү каршылык термометрлерине караганда көбүрөөк айкын болот.Термисторлорго салыштырмалуу, термистордун жогорку сезгичтиги жана жогорку каршылык мааниси анын кириш схемасын жөнөкөйлөтөт, анткени термисторлор коргошун каршылыгын компенсациялоо үчүн 3-зым же 4-зым сыяктуу атайын зым конфигурациясын талап кылбайт.Термистордун дизайны жөнөкөй 2 зымдуу конфигурацияны гана колдонот.
Жогорку тактыктагы термистордун негизинде температураны өлчөө 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй сигналды так иштетүүнү, аналогдук-санариптик конверсияны, сызыктуулукту жана компенсацияны талап кылат.2.
Сигнал чынжырчасы жөнөкөй көрүнгөнү менен, бүт эне платасынын көлөмүнө, баасына жана иштешине таасир этүүчү бир нече татаалдыктар бар.ADIдин тактыктагы ADC портфолиосу AD7124-4/AD7124-8 сыяктуу бир нече интеграцияланган чечимдерди камтыйт, алар жылуулук системасынын дизайны үчүн бир катар артыкчылыктарды камсыз кылат, анткени тиркеме үчүн зарыл болгон курулуш блокторунун көбү орнотулган.Бирок, термистордун негизинде температураны өлчөө чечимдерин долбоорлоодо жана оптималдаштырууда ар кандай кыйынчылыктар бар.
Бул макалада бул маселелердин ар бири талкууланат жана аларды чечүү жана мындай системаларды долбоорлоо процессин андан ары жөнөкөйлөтүү боюнча сунуштар берилет.
көп түрдүүлүгү барNTC термисторуБүгүнкү күндө рынокто, андыктан колдонмоңуз үчүн туура термисторду тандоо татаал маселе болушу мүмкүн.Термисторлор 25°Cде номиналдуу каршылык көрсөтүүчү номиналдык мааниси боюнча тизмеленгендигин эске алыңыз.Демек, 10 кОм термистордун номиналдык каршылыгы 25°Cде 10 кОм.Термисторлор бир нече Омдон 10 МΩ чейин номиналдык же негизги каршылык маанилерине ээ.Төмөн каршылык рейтинги бар термисторлор (номиналдык каршылыгы 10 кОм же андан аз) адатта -50°Cден +70°Cге чейинки төмөнкү температура диапазондорун колдойт.Каршылык көрсөткүчтөрү жогору болгон термисторлор 300°Сге чейинки температурага туруштук бере алат.
Термистор элементи металл оксидинен жасалган.Термисторлор шар, радиалдык жана SMD формасында болот.Термистор мончоктору эпоксиддүү капталган же кошумча коргоо үчүн айнек капсулдалат.Эпоксиддүү капталган шар термисторлор, радиалдык жана беттик термисторлор 150°Сге чейинки температурага ылайыктуу.Айнек мончок термисторлору жогорку температураны өлчөө үчүн ылайыктуу.Каптоолордун/упаковкалардын бардык түрлөрү да коррозиядан коргойт.Кээ бир термисторлор катаал чөйрөдө кошумча коргоо үчүн кошумча корпустарга ээ болот.Мончулуу термисторлор радиалдык/SMD термисторлоруна караганда тезирээк жооп берүү убактысына ээ.Бирок, алар анчалык туруктуу эмес.Демек, колдонулган термистордун түрү акыркы колдонууга жана термистор жайгашкан чөйрөгө жараша болот.Термистордун узак мөөнөттүү туруктуулугу анын материалынан, таңгагынан жана конструкциясынан көз каранды.Мисалы, эпоксиддүү капталган NTC термистору жылына 0,2°C өзгөрө алат, ал эми мөөр басылган термистор жылына 0,02°C гана өзгөрөт.
Термисторлор ар кандай тактыкта келет.Стандарттык термисторлор, адатта, 0,5°Сден 1,5°Сге чейинки тактыкка ээ.Термистордун каршылык рейтинги жана бета мааниси (25°C менен 50°C/85°C катышы) толеранттуулукка ээ.Термистордун бета мааниси өндүрүүчүгө жараша өзгөрөт.Мисалы, ар кандай өндүрүүчүлөрдүн 10 kΩ NTC термисторлору ар кандай бета маанилерине ээ болот.Так системалар үчүн Omega™ 44xxx сериясы сыяктуу термисторлор колдонулушу мүмкүн.Алар 0°Cден 70°Сге чейинки температура диапазонунда 0,1°С же 0,2°С тактыгына ээ.Демек, өлчөөгө боло турган температуралардын диапазону жана ошол температура диапазонунда талап кылынган тактык термисторлордун бул колдонмого ылайыктуулугун аныктайт.Омега 44xxx сериясынын тактыгы канчалык жогору болсо, баасы ошончолук жогору болорун эске алыңыз.
Каршылыкты Цельсийге айландыруу үчүн, адатта, бета мааниси колдонулат.Бета мааниси эки температуралык чекиттерди жана ар бир температура чекитиндеги тиешелүү каршылыкты билүү менен аныкталат.
RT1 = Температура каршылык 1 RT2 = Температура каршылык 2 T1 = Температура 1 (K) T2 = Температура 2 (K)
Колдонуучу долбоордо колдонулган температура диапазонуна эң жакын бета маанисин колдонот.Көпчүлүк термистордун маалымат баракчаларында 25°C каршылык толеранттуулук менен бирге бета мааниси жана бета маанисине толеранттуулук келтирилген.
Жогорку тактыктагы термисторлор жана Omega 44xxx сериясы сыяктуу жогорку тактыктагы токтотуу чечимдери каршылыкты Цельсий градусуна которуу үчүн Стейнхарт-Харт теңдемесин колдонушат.Теңдеме 2 үчүн сенсор өндүрүүчүсү тарабынан берилген A, B жана C үч константалары талап кылынат.Теңдеменин коэффициенттери үч температуралык чекиттин жардамы менен түзүлгөндүктөн, натыйжадагы теңдеме сызыкташтыруу жолу менен киргизилген катаны азайтат (адатта 0,02 °C).
A, B жана C үч температуранын белгиленген чектеринен алынган туруктуулар.R = Ом менен термистордун каршылыгы T = К градустагы температура
fig боюнча.3 сенсордун учурдагы дүүлүгүүсүн көрсөтөт.Drive тогу термисторго колдонулат жана ошол эле ток тактык каршылыгына колдонулат;так резистор өлчөө үчүн шилтеме катары колдонулат.Эталондук резистордун мааниси термистордун каршылыгынын эң жогорку маанисинен чоңураак же ага барабар болушу керек (системада өлчөнгөн эң төмөнкү температурага жараша).
дүүлүктүрүүчү токту тандоодо термистордун максималдуу каршылыгын кайрадан эске алуу керек.Бул сенсордогу жана маалымдама резистордогу чыңалуу дайыма электроника үчүн алгылыктуу деңгээлде болушун камсыздайт.Талаанын учурдагы булагы бир аз бош орун же чыгарууну дал келүүнү талап кылат.Эгерде термистор эң төмөнкү өлчөнүүчү температурада жогорку каршылыкка ээ болсо, бул өтө төмөн диск агымына алып келет.Ошондуктан, жогорку температурада термистордо пайда болгон чыңалуу аз.Программалануучу пайда этаптары бул төмөнкү деңгээлдеги сигналдарды өлчөөнү оптималдаштыруу үчүн колдонулушу мүмкүн.Бирок, пайда динамикалык түрдө программаланышы керек, анткени термистордон сигналдын деңгээли температурага жараша чоң өзгөрөт.
Дагы бир вариант - пайданы орнотуу, бирок динамикалык дисктин агымын колдонуу.Демек, термистордон сигналдын деңгээли өзгөргөндө, дисктин токтун мааниси динамикалык түрдө өзгөрөт, ошондуктан термистордо иштелип чыккан чыңалуу электрондук түзүлүштүн белгиленген кириш диапазонунда болот.Колдонуучу эталондук резистор аркылуу иштелип чыккан чыңалуу электроника үчүн алгылыктуу деңгээлде экендигине кепилдик бериши керек.Эки вариант тең башкаруунун жогорку деңгээлин, электроника сигналды өлчөй алышы үчүн термистордогу чыңалууга туруктуу мониторингди талап кылат.Жеңилирээк вариант барбы?чыңалуу дүүлүктүрүү карап көрөлү.
Термисторго туруктуу чыңалуу берилгенде, термистордун каршылыгы өзгөргөн сайын термистор аркылуу өткөн ток автоматтык түрдө масштабга айланат.Эми, эталондук резистордун ордуна так өлчөөчү резисторду колдонуп, анын максаты термистор аркылуу агып жаткан токту эсептөө, ошентип термистордун каршылыгын эсептөөгө мүмкүндүк берет.Дисктин чыңалуусу ADC маалымдама сигналы катары да колдонулгандыктан, пайда баскычы талап кылынбайт.Процессордо термистордун чыңалуусуна мониторинг жүргүзүү, сигналдын деңгээлин электроника менен өлчөөгө болорун аныктоо жана дисктин пайда/токтук маанисин тууралоо керек экендигин эсептөө милдети жок.Бул макалада колдонулган ыкма болуп саналат.
Термистордун аз каршылык рейтинги жана каршылык диапазону болсо, чыңалуу же ток дүүлүктүрүү колдонулушу мүмкүн.Бул учурда, диск ток жана пайда белгилениши мүмкүн.Ошентип, схема 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй болот. Бул ыкма аз кубаттуулуктагы колдонмолордо баалуу болгон сенсор жана эталондук резистор аркылуу токту башкарууга мүмкүн болгондуктан ыңгайлуу.Мындан тышкары, термистордун өзүн-өзү ысытуусу минималдаштырылган.
Voltage дүүлүктүрүү да төмөн каршылык рейтинги менен термисторлор үчүн колдонулушу мүмкүн.Бирок, колдонуучу дайыма сенсор аркылуу ток сенсор же колдонмо үчүн өтө жогору эмес экенин камсыз кылуу керек.
Чоң каршылык рейтинги жана кең температура диапазону менен термисторду колдонууда чыңалуу дүүлүктүрүү ишке ашырууну жеңилдетет.Чоңураак номиналдык каршылык номиналдык токтун алгылыктуу деңгээлин камсыз кылат.Бирок, дизайнерлер агым колдонмо тарабынан колдоого алынган бардык температура диапазонунда алгылыктуу деңгээлде экендигин камсыз кылышы керек.
Sigma-Delta ADCs термистор өлчөө системасын иштеп чыгууда бир нече артыкчылыктарды сунуш кылат.Биринчиден, сигма-дельта ADC аналогдук киргизүүнү кайра үлгүлөгөндүктөн, тышкы чыпкалоо минималдуу деңгээлде сакталат жана бир гана талап жөнөкөй RC чыпкасы болуп саналат.Алар чыпка түрүндөгү ийкемдүүлүктү жана чыгаруу ылдамдыгын камсыз кылат.Камтылган санарип чыпкалоо электр кубаты менен камсыз болгон түзмөктөрдө ар кандай тоскоолдуктарды басуу үчүн колдонулушу мүмкүн.AD7124-4/AD7124-8 сыяктуу 24 биттик түзүлүштөр 21,7 битке чейин толук чечкиндүүлүккө ээ, ошондуктан алар жогорку токтомду камсыз кылат.
Сигма-дельта ADCди колдонуу термистордун дизайнын абдан жөнөкөйлөтүп, спецификацияны, тутумдун баасын, такта мейкиндигин жана рынокко чыгуу убактысын азайтат.
Бул макалада AD7 катары AD7124-4/AD7124-8 колдонулат, анткени алар аз ызы-чуу, аз ток, тактыктагы ADC'лер орнотулган PGA, орнотулган маалымдама, аналогдук киргизүү жана маалымдама буфери.
Дисктин ток же диск чыңалуусун колдонуп жатканыңызга карабастан, эталондук чыңалуу менен сенсордун чыңалуусу бир эле диск булагынан келген рационометрикалык конфигурация сунушталат.Бул дүүлүктүрүүчү булактын ар кандай өзгөрүүсү өлчөөнүн тактыгына таасирин тийгизбейт дегенди билдирет.
fig боюнча.5 термистор жана так резистор RREF үчүн туруктуу кыймылдаткыч токту көрсөтөт, RREF боюнча иштелип чыккан чыңалуу термисторду өлчөө үчүн эталондук чыңалуу болуп саналат.
Талаа токунун так болушунун кереги жок жана азыраак туруктуу болушу мүмкүн, анткени бул конфигурацияда талаа агымындагы каталар жок кылынат.Жалпысынан алганда, сенсор алыскы жерлерде жайгашканда жогорку сезгичтикти башкаруу жана ызы-чуу иммунитетин жакшырткандыктан, чыңалуу дүүлүктүрүүсүнө караганда учурдагы дүүлүктүрүү артыкчылыкка ээ.Кыймылсыз ыкманын бул түрү, адатта, аз каршылык баалуулуктары менен RTDs же термисторлор үчүн колдонулат.Бирок, каршылыктын мааниси жогору жана сезгичтиги жогору болгон термистор үчүн температуранын ар бир өзгөрүүсү менен түзүлгөн сигналдын деңгээли чоңураак болот, ошондуктан чыңалуу дүүлүгүүсү колдонулат.Мисалы, 10 кОм термистор 25°Сте 10 кОм каршылыкка ээ.-50°Сде NTC термисторунун каршылыгы 441,117 кОм.AD7124-4/AD7124-8 тарабынан берилген 50 мкА минималдуу диск агымы 441,117 kΩ × 50 μA = 22 В түзөт, бул өтө жогору жана бул колдонмо аймагында колдонулган көпчүлүк жеткиликтүү ADCлердин иштөө диапазонунан тышкары.Термисторлор да, адатта, туташтырылган же электроникага жакын жайгашкандыктан, токтун кыймылына иммунитет талап кылынбайт.
Чыңалуу бөлүүчү схема катары сезүүчү резисторду катарга кошуу термистор аркылуу өткөн токту анын минималдуу каршылык маанисине чейин чектейт.Бул конфигурацияда RSENSE сезүүчү резисторунун мааниси 25°С эталондук температурадагы термистордун каршылыгынын маанисине барабар болушу керек, андыктан чыгыш чыңалуу анын номиналдык температурасында эталондук чыңалуунун орто чекитине барабар болот. 25°CC Ошо сыяктуу эле, 25°Cде каршылыгы 10 кОм болгон 10 кОм термистор колдонулса, RSENSE 10 кОм болушу керек.Температуранын өзгөрүшү менен NTC термисторунун каршылыгы да өзгөрөт жана термистордогу кыймылдаткыч чыңалуунун катышы да өзгөрөт, натыйжада чыгыш чыңалуу NTC термисторунун каршылыгына пропорционалдуу болот.
Эгерде термисторду жана/же RSENSEди кубаттандыруу үчүн колдонулган тандалган чыңалуу шилтемеси өлчөө үчүн колдонулган ADC эталондук чыңалууга дал келсе, система рационометрикалык өлчөөгө (7-сүрөт) коюлат, ошентип ар кандай дүүлүктүрүүгө байланыштуу ката чыңалуу булагы жок кылынышы мүмкүн.
Сезүүчү резистордун (чыңалуу менен башкарылуучу) же шилтеме резисторунун (токтук токтун) баштапкы толеранттуулугу жана дрейфинин төмөн болушу керек, анткени эки өзгөрмө тең бүт системанын тактыгына таасир этиши мүмкүн.
Бир нече термисторлорду колдонууда бир дүүлүктүрүүчү чыңалуу колдонулушу мүмкүн.Бирок, ар бир термистордун 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, өзүнүн так сезүү резистору болушу керек.8. Дагы бир вариант – бир тактык сезүүчү резисторду бөлүшүүгө мүмкүндүк берүүчү тышкы мультиплексорду же аз резисторду күйгүзүү абалында колдонуу.Бул конфигурация менен ар бир термистор өлчөнгөндө бир аз отуруу убактысын талап кылат.
Кыскача айтканда, термисторго негизделген температураны өлчөө системасын иштеп чыгууда, көптөгөн суроолорду карап чыгуу керек: сенсорду тандоо, сенсордук зымдарды тандоо, компоненттерди тандоо, ADC конфигурациясы жана бул ар кандай өзгөрмөлөр системанын жалпы тактыгына кандай таасир этет.Бул сериядагы кийинки макала сиздин максаттуу аткарууңузга жетүү үчүн системаңыздын дизайнын жана жалпы тутум катасынын бюджетин кантип оптималдаштырууну түшүндүрөт.
Посттун убактысы: 2022-жылдын 30-сентябрына чейин