Бұл екі бөліктен тұратын алғашқы мақала. Бұл мақала алдымен тарих және дизайн мәселелерін талқылайдыТермисторлық температураӨлшеу жүйелері, сонымен қатар оларды төзімділігі термометрмен (RTD) температурасын өлшеу жүйелерімен салыстыру. Бұл сонымен қатар термисторды, конфигурацияны таңдауды және осы қолданбалы аймақтағы Сигма-дельто-сандық түрлендіргіштердің (ADCS) таңдауын сипаттайды. Екінші мақалада термисторға негізделген соңғы термистік әдісті қалай оңтайландыру және бағалау туралы егжей-тегжейлі болады.
Алдыңғы мақалада сипатталғандай, RTD температурасын оңтайландыру, RTD - RTD төзімділігі температураға байланысты. Термисторлар RTD-ге ұқсас жұмыс істейді. Температураның оң деңгейі бар RTD-ге қарағанда, термистордың оң немесе теріс температуралық коэффициенті болуы мүмкін. Термостко температурасының коэффициенті (NTC) термисторлары температура көтерілуіне қарай олардың қарсылығын төмендетеді, ал оң температура коэффициенті (PTC) термисторлары температура көтеріледі. Суретте. 1 Типтік NTC және PTC термисторларының жауап сипаттамаларын көрсетеді және оларды RTD қисықтарымен салыстырады.
Температура шегінде RTD қисық сызығы сызықты, ал сенсор термистордың сызықты емес (экспоненциалды) табиғаты үшін термисторларға қарағанда (әдетте -200 ° + 850 ° C-қа дейін) қарағанда кеңірек температура диапазонын қамтиды (әдетте -200 ° C дейін + 850 ° C). RTDS әдетте белгілі стандартталған қисықтарда беріледі, ал термистордың қисықтары өндірушімен әр түрлі болады. Біз мұны егжей-тегжейлі талқылаймыз, осы мақаланың термисторды таңдау нұсқаулығында қарастырамыз.
Термисторлар композициялық материалдардан, әдетте керамика, полимерлерден немесе жартылай өткізгіштерден (әдетте металл оксидтер) және таза металдар (платина, никель немесе мыс) жасалған. Термисторлар температура өзгеруі RTD-ге қарағанда тезірек, тезірек кері байланыс береді. Сондықтан, термисторларды сенсорлар көбінесе арзан, аз мөлшерде, тез, тезірек, тезірек, жылдамырақ, тезірек жауап беру, жоғары сезімталдық, жоғары сезімталдық, жоғары сезімталдық, жоғары сезімталдық, мысалы, электрониканы басқару, ғылыми зертханалар, ғылыми зертханалар, ғылыми зертханалар немесе комоктарға арналған суық тию. мақсаттары. Өтініштер.
Көп жағдайда NTC термисторлары PTC термисторларын емес, температураны дәл өлшеу үшін қолданылады. Кейбір PTC термисторлары қол жетімді, оны субсориялық тізбектерде немесе қауіпсіздік қосымшалары үшін қалпына келтірілетін сақтандырғыштар ретінде пайдалануға болады. PTC термисторының қарсылық-температуралық қисығы қосқыш нүктеге (немесе крури нүктесіне) жетпес бұрын, қарсылық бірнеше градус целлюскоздтық деңгейге дейін күрт өсті. Қымбат емес жағдайда, PTC термисторы коммутация температурасы асып кеткен кезде күшті өзін-өзі қыздыруды тудырады, ал оның төзімділігі күрт артады, бұл жүйеге кіріс токты азайтады, осылайша зақымданудың алдын алады. PTC термисторларының коммутациялық нүктесі әдетте 60 ° C және 120 ° C аралығында және көптеген бағдарламаларда температура өлшеулерін бақылауға жарамайды. Бұл мақалада NTC термисторларына, әдетте -80 ° C-тан + 150 ° C-қа дейінгі температураны өлшей алады немесе бақылайды. NTC термисторларында бірнеше ом-ден 10 ° C-тан 10 метрге дейін қарсылық рейтингі бар. Суретте көрсетілгендей 1, термисторларға арналған цел бір дәрежедегі кедергілердің өзгеруі термометрлерге қарағанда көбірек айтылады. Термисторлармен салыстырғанда, термистордың жоғары сезімталдығы және жоғары төзімділігі жоғары сезімталдық және жоғары қарсылық мәні оның кіріс релизін жеңілдетеді, өйткені термисттер, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым, мысалы, 3 сым немесе 4 сым. Термистордың дизайны тек қарапайым 2 сымды конфигурацияны қолданады.
Жоғары дәлдікті термистормен температураны өлшеу сигналды нақты өңдеуді, аналогтық өңдеуді, аналогтық-сандық түрлендіруді, сызбаларға, сызықты түрлендіруді және өтемақы, суретте көрсетілгендей 2.
Сигналдар тізбегі қарапайым болып көрінгенімен, барлық аналық платаның мөлшеріне, құнына және жұмысына әсер ететін бірнеше қиындықтар бар. ADI-дің дәлдігі ADC портфолиосы, мысалы, AD7124-4 / AD7124-8 сияқты бірнеше интеграцияланған шешімдер бар, олар термиялық жүйенің дизайнына арналған бірқатар артықшылықтар береді, өйткені қосымшаға қажет ғимараттар блоктарының көпшілігі кіреді. Алайда, температураны өлшеу шешімдерін жобалау және оңтайландырудағы түрлі мәселелер бар.
Бұл мақалада осы мәселелердің әрқайсысы талқыланады және оларды шешу үшін ұсыныстар береді және осындай жүйелер үшін жобалау процесін одан әрі жеңілдетеді.
Алуан түрліNTC термисторларыБүгінгі таңда нарықта, сондықтан сіздің қосымшаңыздың оң жақ термисторын таңдау өте қиын міндет болуы мүмкін. Айта кетейік, термисторлар олардың номиналды құны бойынша тізімделгенін ескеріңіз, бұл олардың номиналды қарсылығы 25 ° C. Сондықтан, 10 Кω термисторына 10 ° C температурада 10 кω қарсылыққа ие. Термисторлардың бірнеше OHMS-тен 10 мω-ге дейінгі номиналды немесе негізгі төзімділік мәндері бар. Төмен төзімділігі бар терморлар (номиналды тұрақтылық 10 Кω немесе одан аз), әдетте, температура -50 ° C-қа дейін, мысалы, 50 ° C-қа дейін, + 70 ° C. Жоғары қарсылық рейтингі бар термисторлар температураны 300 ° C дейін төтеп бере алады.
Термистор элементі металл оксидінен жасалған. Термисторлар доп, радиалды және SMD пішіндерінде қол жетімді. Термистор моншақтары - эпоксидлі немесе қосымша қорғаныс үшін асыққан әйнек. Эпоксидті допты допты термисторлар, радиалды және беткі термисторлар 150 ° C дейін температураға сәйкес келеді. Шыны моншақ термисторлары жоғары температураны өлшеуге жарамды. Қаптау / қаптаманың барлық түрлері де коррозиядан қорғайды. Кейбір термисторлардың сонымен қатар қатты ортада қосымша қорғаныс үшін қосымша тұрғын үйлер болады. Бисердің термисторлары радиалды / SMD термисторларына қарағанда тезірек жауап беру уақыты бар. Алайда, олар берік емес. Сондықтан, қолданылған термистордың түрі термистор орналасқан ортаға және қоршаған ортаға байланысты. Термистордың ұзақ мерзімді тұрақтылығы оның материалына, қаптамасына және дизайнына байланысты. Мысалы, эпоксидті NTC термисторы жылына 0,2 ° C-ты жылына өзгерте алады, ал мөрленген термист жылына тек 0,02 ° C өзгереді.
Термисторлар әр түрлі дәлдікке ие. Стандартты термисторлар әдетте 0,5 ° C дәлдігі 0,5 ° C-қа дейін, 1,5 ° C-қа дейін. Термисторға төзімділік рейтингі және бета мәні (арақатынасы 25 ° C / 85 ° C / 85 ° C-қа дейін), төзімділікке ие. Термистордың бета мәні өндірушіге байланысты өзгеретінін ескеріңіз. Мысалы, әр түрлі өндірушілерден 10 Kω NTC термистері әр түрлі бета құндылықтарға ие болады. Нашар жүйелер үшін, Омега ™ 44xxx сияқты термисторларды қолдануға болады. Олардың дәлдігі 0,1 ° C немесе 0,2 ° C температурада 0 ° C-тан 70 ° C-қа дейін. Сондықтан, өлшеуге болатын температура диапазоны және температуралық диапазоннан талап етілетін дәлдігі термисторлардың осы қолданбаға сәйкес келетіндігін анықтайды. Омега 44xxx сериясының дұрыстығы неғұрлым көп болса, шығын соғұрлым жоғары болса.
Бета құндылығына төзімділікті өзгерту үшін, бета мәні әдетте қолданылады. Бета мәні екі температуралық нүктені және әр температура нүктесіндегі тиісті кедергіні білу арқылы анықталады.
RT1 = Температураның төзімділігі 1 RT2 = Температураның төзімділігі 2 T1 = температура 1 (k) t2 = температура 2 (k)
Пайдаланушы жобада қолданылатын температура диапазонына жақын бета мәнін қолданады. Термисторлық деректер кестелерінің көпшілігі бета құндылығын 25 ° C-да қарсы төзімділікпен және бета құнына төзімділікпен толтырады.
Жоғары дәлдікті термисторлар және омега 44xxx сериясы сияқты жоғары дәлдікті тоқтату Шешімдері, мысалы, цельсийге төзімділікті түрлендіру үшін Steinhart-Hart теңдеуін пайдаланады. 2 теңдеуі сенсор өндірушісі ұсынған A, B және C үш тұрақтыын талап етеді. Теңдеу коэффициенттері үш температуралы нүктенің көмегімен жасалады, нәтижесінде пайда болатын теңдеу сызықпен енгізілген қатені азайтады (әдетте 0,02 ° C).
A, B және C үш температуралық жиынтықтан алынған тұрақты. R = T = T = температурадағы T = температурадағы термисторға төзімділік
Суретте. 3 Сенсордың ағымдағы қозуын көрсетеді. Жүргізу тогы термисторға қолданылады және дәл осындай ток дәл резисторға қолданылады; Дәлдік резистор өлшеу үшін сілтеме ретінде қолданылады. Анықтамалық резистордың мәні термистордың төзімділігінің ең жоғары мәнінен үлкен немесе оған тең болуы керек (жүйеде өлшенген ең төменгі температураға байланысты).
Қозу тогын таңдағанда, термистордың максималды тұрақтылығы қайтадан ескерілуі керек. Бұл сенсордың кернеуі мен сілтеме резисторының әрқашан электроникаға қолайлы деңгейде болуын қамтамасыз етеді. Ағымдағы өріс көзі бірнеше бас бөлмесін немесе шығыс сәйкестендіруді қажет етеді. Егер термистор ең төменгі температурада жоғары қарсылық болса, бұл өте төмен диск токына әкеледі. Сондықтан, жоғары температурада термистор арқылы пайда болатын кернеу аз. Бағдарламаланатын сауда кезеңдері осы төмен деңгейлік сигналдарды өлшеуді оңтайландыру үшін қолданылуы мүмкін. Алайда, кіріс динамикалық түрде бағдарламаланған болуы керек, өйткені термистен сигнал деңгейі температурамен әр түрлі болады.
Тағы бір нұсқа - бұл пайда табу, бірақ динамикалық дискінің тогын пайдалану. Сондықтан, термистордың өзгеруінен сигнал деңгейі өзгерген сайын, диск жетектелген мәні термистордың кернеуі электронды құрылғының көрсетілген кіріс диапазонында болғандықтан, динамикалық түрде өзгереді. Пайдаланушы сілтеме резервтік резистор арқылы жасалған кернеудің электрониканың қолайлы деңгейінде екендігіне көз жеткізуі керек. Екі нұсқа да жоғары басқаруды, электроника сигналды өлшей алатындай, термистор арқылы кернеуді тұрақты бақылауды қажет етеді. Оңай таңдау бар ма? Кернеудің қозуын қарастырыңыз.
Тұрақты токтың кернеуі термисторға қолданылатын кезде, термистор арқылы токтың көмегімен термистордың төзімділігі өзгереді. Енді, анықтамалық резистордың орнына дәл өлшеу резисторын қолдана отырып, оның мақсаты термистордың ағымын есептеу болып табылады, осылайша термисторға төзімділікті есептеуге мүмкіндік береді. Жетек кернеуі ADC сілтеме сигналы ретінде де қолданылғандықтан, ешқандай алу кезеңі қажет емес. Процессордың термистор кернеуін бақылаудың жұмысы жоқ, егер сигнал деңгейі электроника арқылы өлшенетін болса және Drive пайда / ағымдағы мәнін есептеу қажет болса, оны анықтамайды. Бұл осы мақалада қолданылатын әдіс.
Егер термистордың кішкене қарсылық деңгейі және қарсылық деңгейі болса, кернеу немесе ток қозғауға болады. Бұл жағдайда дискінің тогы мен пайда болуы мүмкін. Осылайша, тізбек 3-суретте көрсетілгендей болады. Бұл әдіс төмен қуатты қосымшаларда құнды сенсор және сілтеме резисторы арқылы басқаруға ыңғайлы. Сонымен қатар, термистордың өзін-өзі жылытуы азайтылады.
Кернеудің қозуын термисторлар үшін де төмен қарсылық рейтингі бар термисторлар үшін пайдалануға болады. Алайда, пайдаланушы әрдайым сенсордың сенсор немесе бағдарлама үшін өте жоғары еместігін қамтамасыз етуі керек.
Кернеудің қозуы термисторды үлкен қарсылық рейтингі және кең температуралық диапазонмен пайдалану кезінде іске асыруды жеңілдетеді. Үлкен номиналды тұрақтылық номиналды токтың қолайлы деңгейін қамтамасыз етеді. Алайда, дизайнерлер қолданбада қолдау көрсетілетін барлық температуралық диапазоннан ағымдағы деңгейдің қолайлы деңгейде екендігіне көз жеткізуі керек.
Sigma-Delta ADCS термистор өлшеу жүйесін жобалау кезінде бірнеше артықшылықтар ұсынады. Біріншіден, Sigma-Delta ADC аналогтық кірісті қалағандықтан, сыртқы сүзгі минимумға сақталады және жалғыз талап қарапайым RC сүзгісі болып табылады. Олар сүзгі түріндегі икемділікті қамтамасыз етеді және өнімнің шығу жылдамдығы. Кірістірілген сандық сүзгілеуге электр желісіне қосылатын құрылғыларға кедергі жасау үшін қолдануға болады. AD7124-4 / AD7124-8 сияқты 24 биттік құрылғылар 21,7 битке дейін, сондықтан олар жоғары ажыратымдылықты қамтамасыз етеді.
Sigma-Delta ADC пайдалану сипаттаманы, жүйенің құнын, кеңістігін, борттық кеңістікті және нарыққа уақытты қысқарту кезінде термистор дизайнын едәуір жеңілдетеді.
Бұл мақалада AD7124-4 / AD7124-8 ADC ретінде ADC ретінде қолданылады, өйткені олар төмен шу, төмен ток, дәлдігі, бекітілген PGA, аналогтық сілтеме, аналогтық енгізу және сілтеме буфері.
Дискінің ағымдық немесе драйверінің кернеуін қолданғаныңызға қарамастан, коферентті конфигурациялау ұсынылады, оған сілтеме кернеуі мен сенсорлық кернеу бірдей диск көзінен пайда болады. Бұл дегеніміз, қозу көзіндегі кез-келген өзгеріс өлшеу дәлдігіне әсер етпейді дегенді білдіреді.
Суретте. 5 Термистор және дәлдік резервтік резерві үшін тұрақты диск жетегі көрсетілген, RREF-та пайда болатын кернеу термисторды өлшеуге арналған кернеу.
Өріс тогы дәл болудың қажеті жоқ және тұрақты болуы мүмкін, өйткені далалық токтегі қателер осы конфигурацияда жойылады. Әдетте, сенсор шалғай жерлерде орналасқан кезде, сезімталдықтың жоғарылауына және шуыл иммунитетіне байланысты ток қоздырудың үстінен артықшылыққа ие. Әдетте бұрыс әдісі, әдетте, RTD немесе термисторлар үшін қолданылады, олар төмен қарсылық мәндері бар термисттер үшін қолданылады. Алайда, жоғары төзімділік мәні және сезімтал термист үшін әр температура өзгерген сигнал деңгейі үлкенірек болады, сондықтан кернеудің қозуы қолданылады. Мысалы, 10 kω термисторына 25 ° C температурада 10 кω қарсылыққа ие. -50 ° C температурада NTC термисторының тұрақтылығы - 441,117 кω. AD7124-4 / AD7124-8 ұсынған ең аз дегенде 50 мка, бұл қолданбалы аймақта пайдаланылатын ең көп және одан тыс жұмыс істейтін ADC жұмыс ауқымының 441.117 kω kω × kω kω kω kω kω × ω0 мка = 22 × пайда болады. Термисторлар әдетте электрониканың жанында орналасады немесе орналасқан, сондықтан токпен жүруге иммунитет қажет емес.
Серияға сезімге төзімді сериялар қосу кернеу бөлгіш тізбегі термистор арқылы токты ең төменгі қарсылық мәніне шектейді. Осы конфигурацияда Rsensor Rsensor Rsensor 25 ° C-қа дейінгі, егер 25 ° C-тан номиналды температураның ортасында термистордың тұрақтылығының мәніне тең болуы керек, осылайша, 25 ° C-тан номиналды температураның орташа нүктесіне тең болады, егер 25 ° C температурасы 10 ° C температурада болса, Rsense 10 Kω болуы керек. Температураның өзгеруі ретінде NTC термисторының тұрақтылығы өзгереді, сонымен қатар драйв кернеуінің термисторға қатынасы өзгереді, сонымен қатар шығыс кернеуі NTC термисторының тұрақтылығына пропорционалды болып табылады.
Егер термистор және / немесе Rsence қуатты қосу үшін пайдаланылған таңдалған кернеу туралы анықтама, егер өлшеу үшін пайдаланылатын ADC сілтемесінің кернеуіне сәйкес болса, жүйе атуға қатысты кез келген қате кернеу көзі алынып тасталатындай етіп орнатылады (7-сурет).
Назар аударыңыз, не сезім резисторлары (кернеумен басқарылатын) немесе сілтеме резисторы (ағымдағы басқарылатын) төмен төзімділікке және төмен драйверге ие болуы керек, өйткені екі айнымалы бүкіл жүйенің дұрыстығына әсер етуі мүмкін.
Бірнеше термисттерді пайдалану кезінде бір қозу кернеуін пайдалануға болады. Дегенмен, әр термисторда суретте көрсетілгендей, өзекті сезімге ие болуы керек. 8. Тағы бір нұсқа - INTERTIONSTING RENTICE Резисторды бөлісуге мүмкіндік беретін сыртқы мультиплекерді немесе төмен қарсылық қосқышын пайдалану. Осы конфигурациямен әр термисторды өлшенген кезде біршама уақыт қажет.
Қорытындылау кезінде термистік температураны өлшеу жүйесін жобалау кезінде көптеген сұрақтар туындайды: сенсорды таңдау, сенсорды сымдар, компоненттерді таңдау, ADC конфигурациясы және бұл әртүрлі айнымалылар жүйенің жалпы дәлдікке қалай әсер етеді. Осы сериядағы келесі мақалада сіздің жүйелік дизайныңызды және мақсатты орындауыңызға жету үшін жүйелік дизайн және жалпы жүйелік қателік бюджетін қалай оңтайландыру туралы түсіндіріледі.
POST TIME: SEP-30-2022