Dan huwa l-ewwel artiklu f’serje f’żewġ partijiet.Dan l-artikolu l-ewwel ser jiddiskuti l-istorja u l-isfidi tad-disinntemperatura bbażata fuq termistorsistemi ta’ kejl, kif ukoll it-tqabbil tagħhom ma’ sistemi ta’ kejl tat-temperatura tat-termometru tar-reżistenza (RTD).Se tiddeskrivi wkoll l-għażla tat-termistor, il-kompromessi tal-konfigurazzjoni, u l-importanza tal-konvertituri analogi għal diġitali (ADCs) sigma-delta f'dan il-qasam tal-applikazzjoni.It-tieni artikolu ser jagħti dettalji dwar kif tottimizza u tevalwa s-sistema finali ta 'kejl ibbażata fuq termistor.
Kif deskritt fis-serje ta 'l-artikoli preċedenti, Ottimizzazzjoni tas-Sistemi tas-Sensor tat-Temperatura RTD, RTD huwa resistor li r-reżistenza tiegħu tvarja skont it-temperatura.It-termisturi jaħdmu b'mod simili għall-RTDs.B'differenza RTDs, li għandhom biss koeffiċjent ta 'temperatura pożittiv, termistor jista' jkollu koeffiċjent ta 'temperatura pożittiv jew negattiv.It-termisturi tal-koeffiċjent tat-temperatura negattiva (NTC) inaqqsu r-reżistenza tagħhom hekk kif it-temperatura togħla, filwaqt li t-termisturi tal-koeffiċjent tat-temperatura pożittiva (PTC) iżidu r-reżistenza tagħhom hekk kif togħla t-temperatura.Fuq il-fig.1 juri l-karatteristiċi tar-rispons tat-termistors NTC u PTC tipiċi u jqabbelhom mal-kurvi RTD.
F'termini ta 'firxa ta' temperatura, il-kurva RTD hija kważi lineari, u s-sensor ikopri firxa ta 'temperatura ħafna usa' mit-termistors (tipikament -200 ° C sa + 850 ° C) minħabba n-natura mhux lineari (esponenzjali) tat-termistor.L-RTDs normalment jiġu pprovduti f'kurvi standardizzati magħrufa, filwaqt li l-kurvi tat-termistori jvarjaw skont il-manifattur.Aħna ser niddiskutu dan fid-dettall fit-taqsima tal-gwida tal-għażla tat-termistor ta 'dan l-artikolu.
It-termisturi huma magħmula minn materjali komposti, ġeneralment ċeramika, polimeri, jew semikondutturi (ġeneralment ossidi tal-metall) u metalli puri (platinu, nikil jew ram).It-termisturi jistgħu jiskopru bidliet fit-temperatura aktar malajr mill-RTDs, u jipprovdu feedback aktar mgħaġġel.Għalhekk, termistors huma komunement użati minn sensuri f'applikazzjonijiet li jeħtieġu spiża baxxa, daqs żgħir, rispons aktar mgħaġġel, sensittività ogħla, u firxa ta 'temperatura limitata, bħal kontroll elettroniku, kontroll tad-dar u tal-bini, laboratorji xjentifiċi, jew kumpens ta' junction kiesħa għal thermocouples fil-kummerċ. jew applikazzjonijiet industrijali.skopijiet.Applikazzjonijiet.
F'ħafna każijiet, termistors NTC jintużaw għal kejl preċiż tat-temperatura, mhux termistors PTC.Xi termistors PTC huma disponibbli li jistgħu jintużaw f'ċirkwiti ta 'protezzjoni ta' kurrent żejjed jew bħala fjusis li jistgħu jiġu ssettjati għal applikazzjonijiet ta 'sikurezza.Il-kurva tar-reżistenza tat-temperatura ta 'termistor PTC turi reġjun NTC żgħir ħafna qabel ma jilħaq il-punt tal-bidla (jew il-punt Curie), li 'l fuq minnu r-reżistenza titla' f'daqqa b'diversi ordnijiet ta 'kobor fil-medda ta' diversi gradi Celsius.Taħt kundizzjonijiet ta 'kurrent żejjed, it-termistor PTC se jiġġenera awto-tisħin qawwi meta tinqabeż it-temperatura tal-iswiċċjar, u r-reżistenza tagħha titla' drastikament, li tnaqqas il-kurrent tad-dħul fis-sistema, u b'hekk tevita l-ħsara.Il-punt tal-bidla tat-termistors PTC huwa tipikament bejn 60 ° C u 120 ° C u mhux adattat għall-kontroll tal-kejl tat-temperatura f'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet.Dan l-artikolu jiffoka fuq termistors NTC, li tipikament jistgħu jkejlu jew jimmonitorjaw temperaturi li jvarjaw minn -80 ° C sa + 150 ° C.It-termistors NTC għandhom klassifikazzjonijiet ta 'reżistenza li jvarjaw minn ftit ohms sa 10 MΩ f'25 °C.Kif muri fil-fig.1, il-bidla fir-reżistenza għal kull grad Celsius għal termistors hija aktar evidenti milli għal termometri ta 'reżistenza.Meta mqabbel mat-termistors, is-sensittività għolja u l-valur tar-reżistenza għolja tat-termistor jissimplifikaw iċ-ċirkwiti tad-dħul tiegħu, peress li t-termistors ma jeħtieġu l-ebda konfigurazzjoni ta 'wajers speċjali, bħal 3-wajers jew 4-wajers, biex jikkumpensaw għar-reżistenza taċ-ċomb.Id-disinn tat-termistor juża biss konfigurazzjoni sempliċi b'2 wajers.
Kejl tat-temperatura bbażat fuq termistor ta 'preċiżjoni għolja jeħtieġ ipproċessar preċiż tas-sinjal, konverżjoni analogu għal diġitali, linearizzazzjoni, u kumpens, kif muri fil-fig.2.
Għalkemm il-katina tas-sinjali tista 'tidher sempliċi, hemm diversi kumplessitajiet li jaffettwaw id-daqs, l-ispiża, u l-prestazzjoni tal-motherboard kollu.Il-portafoll ADC ta 'preċiżjoni ta' ADI jinkludi diversi soluzzjonijiet integrati, bħall-AD7124-4/AD7124-8, li jipprovdu numru ta 'vantaġġi għad-disinn tas-sistema termali peress li ħafna mill-blokki tal-bini meħtieġa għal applikazzjoni huma mibnija.Madankollu, hemm diversi sfidi fit-tfassil u l-ottimizzazzjoni ta 'soluzzjonijiet ta' kejl tat-temperatura bbażati fuq termistor.
Dan l-artikolu jiddiskuti kull waħda minn dawn il-kwistjonijiet u jipprovdi rakkomandazzjonijiet biex jissolvewhom u jissimplifikaw aktar il-proċess tad-disinn għal sistemi bħal dawn.
Hemm varjetà wiesgħa ta 'Termistors NTCfis-suq illum, għalhekk l-għażla tat-termistor it-tajjeb għall-applikazzjoni tiegħek tista 'tkun biċċa xogħol kbira.Innota li t-termistors huma elenkati bil-valur nominali tagħhom, li hija r-reżistenza nominali tagħhom f'25 ° C.Għalhekk, termistor ta '10 kΩ għandu reżistenza nominali ta' 10 kΩ f'25 °C.It-termistors għandhom valuri ta 'reżistenza nominali jew bażiċi li jvarjaw minn ftit ohms sa 10 MΩ.Termistors bi klassifikazzjonijiet ta 'reżistenza baxxa (reżistenza nominali ta' 10 kΩ jew inqas) tipikament jappoġġjaw firxiet ta 'temperatura aktar baxxi, bħal -50 °C sa +70 °C.Termistors bi klassifikazzjonijiet ta 'reżistenza ogħla jistgħu jifilħu temperaturi sa 300 °C.
L-element termistor huwa magħmul minn ossidu tal-metall.It-termisturi huma disponibbli f'forom ta 'ballun, radjali u SMD.Iż-żibeġ tat-termistori huma miksija bl-epossi jew ħġieġ inkapsulat għal protezzjoni miżjuda.Thermistors tal-ballun miksija bl-epossi, termistors radjali u tal-wiċċ huma adattati għal temperaturi sa 150 °C.It-termistors taż-żibeġ tal-ħġieġ huma adattati għall-kejl ta 'temperaturi għoljin.It-tipi kollha ta 'kisi/ippakkjar jipproteġu wkoll kontra l-korrużjoni.Xi termistors se jkollhom ukoll housings addizzjonali għal protezzjoni miżjuda f'ambjenti ħarxa.It-termistors tax-xoffa għandhom ħin ta 'rispons aktar mgħaġġel minn termistors radjali/SMD.Madankollu, mhumiex daqshekk durabbli.Għalhekk, it-tip ta 'termistor użat jiddependi fuq l-applikazzjoni finali u l-ambjent li fih jinsab it-termistor.L-istabbiltà fit-tul ta 'termistor tiddependi fuq il-materjal, l-ippakkjar u d-disinn tiegħu.Pereżempju, termistor NTC miksi bl-epossi jista 'jbiddel 0.2 °C fis-sena, filwaqt li termistor issiġillat jinbidel biss 0.02 °C fis-sena.
It-termisturi jiġu fi preċiżjoni differenti.It-termisturi standard tipikament għandhom preċiżjoni ta '0.5 °C sa 1.5 °C.Il-klassifikazzjoni tar-reżistenza tat-termistor u l-valur beta (proporzjon ta '25 ° C sa 50 ° C / 85 ° C) għandhom tolleranza.Innota li l-valur beta tat-termistor ivarja skond il-manifattur.Pereżempju, termistors NTC 10 kΩ minn manifatturi differenti se jkollhom valuri beta differenti.Għal sistemi aktar preċiżi, termistors bħas-serje Omega™ 44xxx jistgħu jintużaw.Għandhom preċiżjoni ta '0.1°C jew 0.2°C fuq medda ta' temperatura ta '0°C sa 70°C.Għalhekk, il-firxa ta 'temperaturi li jistgħu jitkejlu u l-eżattezza meħtieġa fuq dik il-firxa tat-temperatura jiddeterminaw jekk it-termistors humiex adattati għal din l-applikazzjoni.Jekk jogħġbok innota li iktar ma tkun għolja l-eżattezza tas-serje Omega 44xxx, iktar tkun għolja l-ispiża.
Biex tikkonverti r-reżistenza għal gradi Celsius, normalment jintuża l-valur beta.Il-valur beta huwa determinat billi jkunu jafu ż-żewġ punti tat-temperatura u r-reżistenza korrispondenti f'kull punt tat-temperatura.
RT1 = Reżistenza għat-temperatura 1 RT2 = Reżistenza għat-temperatura 2 T1 = Temperatura 1 (K) T2 = Temperatura 2 (K)
L-utent juża l-valur beta l-eqreb għall-firxa tat-temperatura użata fil-proġett.Il-biċċa l-kbira tad-datasheets tat-termistori jelenkaw valur beta flimkien ma 'tolleranza ta' reżistenza f'25 ° C u tolleranza għall-valur beta.
Termistors ta 'preċiżjoni ogħla u soluzzjonijiet ta' terminazzjoni ta 'preċiżjoni għolja bħas-serje Omega 44xxx jużaw l-ekwazzjoni Steinhart-Hart biex jikkonvertu r-reżistenza għal gradi Celsius.L-ekwazzjoni 2 teħtieġ it-tliet kostanti A, B, u C, għal darb'oħra pprovduti mill-manifattur tas-sensuri.Minħabba li l-koeffiċjenti tal-ekwazzjoni huma ġġenerati bl-użu ta 'tliet punti ta' temperatura, l-ekwazzjoni li tirriżulta timminimizza l-iżball introdott minn linearizzazzjoni (tipikament 0.02 °C).
A, B u C huma kostanti derivati minn tliet punti tas-sett tat-temperatura.R = reżistenza termistor f'ohms T = temperatura fi K gradi
Fuq il-fig.3 juri l-eċitazzjoni attwali tas-sensor.Il-kurrent tas-sewqan huwa applikat għat-termistor u l-istess kurrent huwa applikat għar-reżistenza ta 'preċiżjoni;resistor ta 'preċiżjoni jintuża bħala referenza għall-kejl.Il-valur tar-reżistenza tar-referenza għandu jkun akbar minn jew ugwali għall-ogħla valur tar-reżistenza tat-termistor (skond l-inqas temperatura mkejla fis-sistema).
Meta tagħżel il-kurrent ta 'eċitazzjoni, ir-reżistenza massima tat-termistor għandha terġa' titqies.Dan jiżgura li l-vultaġġ madwar is-sensor u r-reżistenza ta 'referenza huwa dejjem f'livell aċċettabbli għall-elettronika.Is-sors tal-kurrent tal-kamp jeħtieġ xi kapaċità ta' ras jew tqabbil tal-output.Jekk it-termistor għandu reżistenza għolja fl-inqas temperatura li tista 'titkejjel, dan jirriżulta f'kurrent tas-sewqan baxx ħafna.Għalhekk, il-vultaġġ iġġenerat fit-termistor f'temperatura għolja huwa żgħir.Stadji ta 'gwadann programmabbli jistgħu jintużaw biex jottimizzaw il-kejl ta' dawn is-sinjali ta 'livell baxx.Madankollu, il-qligħ għandu jiġi pprogrammat dinamikament minħabba li l-livell tas-sinjal mit-termistor ivarja ħafna mat-temperatura.
Għażla oħra hija li tissettja l-qligħ iżda tuża kurrent dinamiku tas-sewqan.Għalhekk, hekk kif il-livell tas-sinjal mit-termistor jinbidel, il-valur tal-kurrent tas-sewqan jinbidel b'mod dinamiku sabiex il-vultaġġ żviluppat fit-termistor ikun fil-medda speċifikata tal-input tal-apparat elettroniku.L-utent għandu jiżgura li l-vultaġġ żviluppat madwar ir-reżistenza ta 'referenza huwa wkoll f'livell aċċettabbli għall-elettronika.Iż-żewġ għażliet jeħtieġu livell għoli ta 'kontroll, monitoraġġ kostanti tal-vultaġġ madwar it-termistor sabiex l-elettronika tkun tista' tkejjel is-sinjal.Hemm għażla aktar faċli?Ikkunsidra l-eċitazzjoni tal-vultaġġ.
Meta l-vultaġġ DC jiġi applikat għat-termistor, il-kurrent mit-termistor awtomatikament jiskala hekk kif ir-reżistenza tat-termistor tinbidel.Issa, bl-użu ta 'reżistenza tal-kejl ta' preċiżjoni minflok reżistenza ta 'referenza, l-iskop tagħha huwa li tikkalkula l-kurrent li jgħaddi mit-termistor, u b'hekk jippermetti li tiġi kkalkulata r-reżistenza tat-termistor.Peress li l-vultaġġ tas-sewqan jintuża wkoll bħala s-sinjal ta 'referenza ADC, l-ebda stadju ta' qligħ mhu meħtieġ.Il-proċessur m'għandux ix-xogħol li jimmonitorja l-vultaġġ tat-termistor, jiddetermina jekk il-livell tas-sinjal jistax jitkejjel mill-elettronika, u jikkalkula liema valur tal-qligħ/kurrent tas-sewqan jeħtieġ li jiġi aġġustat.Dan huwa l-metodu użat f'dan l-artikolu.
Jekk it-termistor għandu klassifikazzjoni ta 'reżistenza żgħira u firxa ta' reżistenza, tista 'tintuża l-eċitazzjoni tal-vultaġġ jew tal-kurrent.F'dan il-każ, il-kurrent tas-sewqan u l-qligħ jistgħu jiġu ffissati.Għalhekk, iċ-ċirkwit se jkun kif muri fil-Figura 3. Dan il-metodu huwa konvenjenti peress li huwa possibbli li jiġi kkontrollat il-kurrent permezz tas-sensor u r-reżistenza ta 'referenza, li huwa ta' valur f'applikazzjonijiet ta 'enerġija baxxa.Barra minn hekk, it-tisħin waħdu tat-termistor huwa minimizzat.
L-eċitazzjoni tal-vultaġġ tista 'tintuża wkoll għal termistors bi klassifikazzjonijiet ta' reżistenza baxxa.Madankollu, l-utent għandu dejjem jiżgura li l-kurrent permezz tas-sensor ma jkunx għoli wisq għas-sensor jew l-applikazzjoni.
L-eċitazzjoni tal-vultaġġ tissimplifika l-implimentazzjoni meta tuża termistor bi klassifikazzjoni ta 'reżistenza kbira u firxa wiesgħa ta' temperatura.Reżistenza nominali akbar tipprovdi livell aċċettabbli ta 'kurrent nominali.Madankollu, id-disinjaturi jeħtieġ li jiżguraw li l-kurrent ikun f'livell aċċettabbli fuq il-firxa kollha tat-temperatura appoġġjata mill-applikazzjoni.
Sigma-Delta ADCs joffru diversi vantaġġi meta tiddisinja sistema ta 'kejl termistor.L-ewwel, minħabba li l-ADC sigma-delta jerġa 'jagħmel kampjuni tad-dħul analogu, il-filtrazzjoni esterna tinżamm għall-minimu u l-uniku rekwiżit huwa filtru RC sempliċi.Huma jipprovdu flessibilità fit-tip ta 'filtru u rata ta' baud tal-ħruġ.Il-filtrazzjoni diġitali integrata tista 'tintuża biex irażżan kwalunkwe interferenza f'apparati li jaħdmu bil-mejn.Apparat ta '24 bit bħall-AD7124-4/AD7124-8 għandhom riżoluzzjoni sħiħa sa 21.7 bits, għalhekk jipprovdu riżoluzzjoni għolja.
L-użu ta 'sigma-delta ADC jissimplifika bil-kbir id-disinn tat-termistor filwaqt li jnaqqas l-ispeċifikazzjoni, l-ispiża tas-sistema, l-ispazju tal-bord, u l-ħin għas-suq.
Dan l-artikolu juża l-AD7124-4/AD7124-8 bħala l-ADC minħabba li huma ħsejjes baxxi, kurrent baxx, ADCs ta 'preċiżjoni b'PGA built-in, referenza integrata, input analogu, u buffer ta' referenza.
Irrispettivament minn jekk qed tużax il-kurrent tas-sewqan jew il-vultaġġ tas-sewqan, hija rakkomandata konfigurazzjoni proporzjonometrika li fiha l-vultaġġ ta 'referenza u l-vultaġġ tas-sensor jiġu mill-istess sors tas-sewqan.Dan ifisser li kwalunkwe bidla fis-sors ta 'eċitazzjoni mhux se taffettwa l-eżattezza tal-kejl.
Fuq il-fig.5 juri l-kurrent kostanti tas-sewqan għat-termistor u r-reżistenza ta 'preċiżjoni RREF, il-vultaġġ żviluppat madwar RREF huwa l-vultaġġ ta' referenza għall-kejl tat-termistor.
Il-kurrent tal-kamp m'għandux għalfejn ikun preċiż u jista 'jkun inqas stabbli peress li kwalunkwe żball fil-kurrent tal-kamp se jiġi eliminat f'din il-konfigurazzjoni.Ġeneralment, l-eċitazzjoni tal-kurrent hija ppreferuta fuq l-eċitazzjoni tal-vultaġġ minħabba kontroll tas-sensittività superjuri u immunità aħjar tal-istorbju meta s-sensor jinsab f'postijiet remoti.Dan it-tip ta 'metodu ta' preġudizzju huwa tipikament użat għal RTDs jew termistors b'valuri ta 'reżistenza baxxi.Madankollu, għal termistor b'valur ta 'reżistenza ogħla u sensittività ogħla, il-livell tas-sinjal iġġenerat minn kull bidla fit-temperatura se jkun akbar, għalhekk tintuża l-eċitazzjoni tal-vultaġġ.Pereżempju, termistor ta '10 kΩ għandu reżistenza ta' 10 kΩ f'25 °C.F'-50 ° C, ir-reżistenza tat-termistor NTC hija 441.117 kΩ.Il-kurrent minimu tas-sewqan ta '50 µA ipprovdut mill-AD7124-4/AD7124-8 jiġġenera 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, li huwa għoli wisq u barra mill-firxa operattiva tal-biċċa l-kbira tal-ADCs disponibbli użati f'dan il-qasam tal-applikazzjoni.It-termistors huma wkoll normalment konnessi jew jinsabu ħdejn l-elettronika, għalhekk l-immunità biex issuq il-kurrent mhix meħtieġa.
Iż-żieda ta 'resistor tas-sens f'serje bħala ċirkwit diviżur tal-vultaġġ tillimita l-kurrent permezz tat-termistor għall-valur tar-reżistenza minima tiegħu.F'din il-konfigurazzjoni, il-valur tar-reżistenza tas-sens RSENSE għandu jkun ugwali għall-valur tar-reżistenza termistor f'temperatura ta 'referenza ta' 25 ° C, sabiex il-vultaġġ tal-ħruġ ikun ugwali għall-punt tan-nofs tal-vultaġġ ta 'referenza fit-temperatura nominali tiegħu ta' 25°CC Bl-istess mod, jekk jintuża termistor ta '10 kΩ b'reżistenza ta' 10 kΩ f'25°C, RSENSE għandu jkun 10 kΩ.Hekk kif it-temperatura tinbidel, ir-reżistenza tat-termistor NTC tinbidel ukoll, u l-proporzjon tal-vultaġġ tas-sewqan fit-termistor jinbidel ukoll, li jirriżulta fil-vultaġġ tal-ħruġ ikun proporzjonali għar-reżistenza tat-termistor NTC.
Jekk ir-referenza tal-vultaġġ magħżula użata biex tħaddem it-termistor u/jew RSENSE taqbel mal-vultaġġ ta 'referenza ADC użat għall-kejl, is-sistema hija ssettjata għal kejl ratiometriku (Figura 7) sabiex kwalunkwe sors ta' vultaġġ ta 'żball relatat mal-eċitazzjoni jkun preġudikat biex jitneħħa.
Innota li jew ir-reżistenza tas-sens (mmexxija bil-vultaġġ) jew ir-reżistenza ta 'referenza (mmexxija mill-kurrent) għandu jkollha tolleranza inizjali baxxa u drift baxx, peress li ż-żewġ varjabbli jistgħu jaffettwaw l-eżattezza tas-sistema kollha.
Meta tuża termistors multipli, jista 'jintuża vultaġġ ta' eċċitazzjoni wieħed.Madankollu, kull termistor għandu jkollu r-reżistenza tas-sens ta 'preċiżjoni tiegħu stess, kif muri fil-fig.8. Għażla oħra hija li tuża multiplexer estern jew swiċċ ta 'reżistenza baxxa fl-istat mixgħul, li jippermetti l-qsim ta' resistor ta 'sens ta' preċiżjoni waħda.B'din il-konfigurazzjoni, kull termistor jeħtieġ ftit ħin ta 'saldu meta jitkejjel.
Fil-qosor, meta tiddisinja sistema ta 'kejl tat-temperatura bbażata fuq termistor, hemm ħafna mistoqsijiet li għandek tikkonsidra: għażla tas-sensuri, wajers tas-sensuri, kompromessi tal-għażla tal-komponenti, konfigurazzjoni ADC, u kif dawn il-varjabbli varji jaffettwaw l-eżattezza ġenerali tas-sistema.L-artikolu li jmiss f'din is-serje jispjega kif tottimizza d-disinn tas-sistema tiegħek u l-baġit ġenerali tal-iżball tas-sistema biex tikseb il-prestazzjoni fil-mira tiegħek.
Ħin tal-post: Settembru-30-2022