Ieu mangrupikeun artikel munggaran dina séri dua bagian.Artikel ieu mimitina bakal ngabahas sajarah jeung desain tantangansuhu dumasar-thermistorSistem pangukuran, kitu ogé babandinganana sareng sistem pangukuran suhu résistansi (RTD).Ogé bakal ngajelaskeun pilihan thermistor, konfigurasi trade-offs, sarta pentingna sigma-delta analog-to-digital converters (ADCs) di wewengkon aplikasi ieu.Artikel kadua bakal jéntré kumaha ngaoptimalkeun jeung evaluate sistem pangukuran dumasar-thermistor ahir.
Sakumaha ditétélakeun dina runtuyan artikel saméméhna, Optimizing RTD Suhu Sénsor Systems, hiji RTD mangrupakeun résistor anu lalawanan variasina kalawan suhu.Thermistors dianggo sarupa RTDs.Beda sareng RTD, anu ngan ukur gaduh koefisien suhu anu positif, thermistor tiasa gaduh koefisien suhu anu positif atanapi négatip.Térmistor koefisien suhu négatip (NTC) ngirangan résistansi nalika suhu naék, sedengkeun thermistor koefisien suhu positif (PTC) ningkatkeun résistansi nalika suhu naék.Dina Gbr.1 nembongkeun ciri respon NTC has sarta PTC thermistors sarta ngabandingkeun kana kurva RTD.
Dina watesan rentang suhu, kurva RTD ampir linier, sarta sensor nyertakeun rentang hawa leuwih lega ti thermistor (ilaharna -200 ° C nepi ka +850 ° C) alatan non-linier (eksponénsial) sipat thermistor nu.RTDs biasana disadiakeun dina kurva standardized well-dipikawanoh, bari kurva thermistor rupa-rupa ku produsén.Urang bakal ngabahas ieu sacara rinci dina bagian pituduh pilihan thermistor tina tulisan ieu.
Térmistor dijieun tina bahan komposit, biasana keramik, polimér, atawa semikonduktor (biasana oksida logam) jeung logam murni (platina, nikel, atawa tambaga).Thermistor bisa ngadeteksi parobahan suhu leuwih gancang ti RTDs, nyadiakeun eupan balik gancang.Ku alatan éta, térmistor ilahar dipaké ku sensor dina aplikasi nu merlukeun béaya rendah, ukuran leutik, respon gancang, sensitipitas luhur, sarta rentang hawa kawates, kayaning kontrol éléktronika, imah jeung kontrol wangunan, laboratorium ilmiah, atawa santunan simpang tiis pikeun thermocouple di komérsial. atawa aplikasi industri.tujuan.Aplikasi.
Dina kalolobaan kasus, térmistor NTC dianggo pikeun pangukuran suhu anu akurat, sanés thermistor PTC.Sababaraha thermistor PTC sadia nu bisa dipaké dina sirkuit panyalindungan overcurrent atawa salaku sekering resettable pikeun aplikasi kaamanan.Kurva résistansi-suhu tina thermistor PTC nembongkeun wewengkon NTC pisan leutik saméméh ngahontal titik switch (atawa titik Curie), di luhur nu lalawanan naek sharply ku sababaraha ordo gedena dina rentang sababaraha darajat Celsius.Dina kaayaan overcurrent, thermistor PTC bakal ngahasilkeun pemanasan diri kuat nalika suhu switching ngaleuwihan, sarta lalawanan na bakal naek sharply, nu bakal ngurangan arus input kana sistem, kukituna nyegah karuksakan.Titik gentos thermistor PTC biasana antara 60 ° C sareng 120 ° C sareng henteu cocog pikeun ngatur pangukuran suhu dina rupa-rupa aplikasi.Artikel ieu museurkeun kana thermistor NTC, nu ilaharna bisa ngukur atawa ngawas hawa mimitian ti -80°C nepi ka +150°C.Térmistor NTC gaduh rating résistansi ti sababaraha ohm dugi ka 10 MΩ dina 25 ° C.Ditémbongkeun saperti dina Gbr.1, parobahan résistansi per darajat Celsius pikeun térmistor langkung jelas tibatan térmométer lalawanan.Dibandingkeun sareng thermistor, sensitipitas luhur térmistor sareng nilai résistansi anu luhur nyederhanakeun sirkuit inputna, sabab térmistor henteu meryogikeun konfigurasi kabel khusus, sapertos 3-kawat atanapi 4-kawat, pikeun ngimbangan résistansi timah.Desain thermistor ngan ngagunakeun konfigurasi 2-kawat basajan.
Pangukuran suhu dumasar kana térmistor precision luhur merlukeun pamrosésan sinyal anu tepat, konversi analog-ka-digital, linearisasi, sareng kompensasi, sapertos anu dipidangkeun dina Gbr.2.
Sanajan ranté sinyal sigana basajan, aya sababaraha complexities nu mangaruhan ukuran, ongkos, jeung kinerja sakabéh motherboard.Portopolio ADC precision ADI ngawengku sababaraha solusi terpadu, kayaning AD7124-4/AD7124-8, nu nyadiakeun sajumlah kaunggulan pikeun desain sistem termal sakumaha lolobana blok wangunan diperlukeun pikeun hiji aplikasi diwangun-di.Tapi, aya rupa-rupa tantangan dina ngarancang sareng ngaoptimalkeun solusi pangukuran suhu dumasar-thermistor.
Tulisan ieu ngabahas unggal masalah ieu sareng nyayogikeun saran pikeun ngarengsekeunana sareng nyederhanakeun prosés desain pikeun sistem sapertos kitu.
Aya rupa-rupaTérmistor NTCdi pasar ayeuna, janten milih thermistor anu pas pikeun aplikasi anjeun tiasa janten tugas anu pikasieuneun.Catet yén térmistor didaptarkeun ku nilai nominalna, nyaéta résistansi nominalna dina 25°C.Ku alatan éta, térmistor 10 kΩ mibanda résistansi nominal 10 kΩ dina 25°C.Térmistor gaduh nilai résistansi nominal atanapi dasar tina sababaraha ohm dugi ka 10 MΩ.Térmistor kalawan rating résistansi handap (resistansi nominal 10 kΩ atawa kirang) ilaharna ngarojong rentang hawa handap, kayaning -50°C nepi ka +70°C.Thermistor kalawan ratings lalawanan luhur bisa tahan hawa nepi ka 300 ° C.
Unsur térmistor dijieunna tina oksida logam.Térmistor sayogi dina bentuk bal, radial sareng SMD.Thermistor manik anu coated epoxy atawa kaca encapsulated pikeun panyalindungan ditambahkeun.Térmistor bal anu dilapis epoksi, térmistor radial sareng permukaan cocog pikeun suhu dugi ka 150 ° C.Térmistor manik kaca cocog pikeun ngukur suhu anu luhur.Sadaya jinis palapis / bungkusan ogé ngajaga tina korosi.Sababaraha thermistor ogé bakal gaduh perumahan tambahan pikeun panyalindungan tambahan dina lingkungan anu parah.Térmistor manik gaduh waktos réspon anu langkung gancang tibatan térmistor radial/SMD.Sanajan kitu, aranjeunna henteu sakumaha awét.Ku alatan éta, jinis thermistor anu dianggo gumantung kana aplikasi tungtung sareng lingkungan dimana thermistor aya.Stabilitas jangka panjang thermistor gumantung kana bahan, bungkusan, sareng desain na.Contona, hiji thermistor NTC coated epoxy bisa ngarobah 0,2 ° C per taun, bari thermistor disegel ngan robah 0,02 ° C per taun.
Thermistors datangna dina akurasi béda.Térmistor standar biasana gaduh akurasi 0,5 ° C dugi ka 1,5 ° C.Nilai résistansi thermistor sareng nilai béta (perbandingan 25°C dugi ka 50°C/85°C) gaduh kasabaran.Catet yén nilai béta thermistor beda-beda dumasar produsén.Contona, 10 kΩ NTC thermistor ti pabrik béda bakal boga nilai béta béda.Pikeun sistem anu langkung akurat, térmistor sapertos séri Omega™ 44xxx tiasa dianggo.Éta gaduh akurasi 0,1 ° C atanapi 0,2 ° C dina kisaran suhu 0 ° C dugi ka 70 ° C.Ku alatan éta, rentang suhu nu bisa diukur sarta akurasi diperlukeun dina rentang hawa nangtukeun naha térmistor cocog pikeun aplikasi ieu.Punten dicatet yén langkung luhur akurasi séri Omega 44xxx, langkung luhur biayana.
Pikeun ngarobah résistansi kana derajat Celsius, nilai béta biasana dianggo.Nilai béta ditangtukeun ku nyaho dua titik suhu sarta lalawanan pakait dina unggal titik suhu.
RT1 = Résistansi suhu 1 RT2 = Résistansi suhu 2 T1 = Suhu 1 (K) T2 = Suhu 2 (K)
Pamaké ngagunakeun nilai béta pangdeukeutna kana rentang suhu dipaké dina proyék.Kaseueuran lembar data thermistor daptar nilai béta sareng kasabaran résistansi dina 25 ° C sareng kasabaran pikeun nilai béta.
Thermistor precision luhur jeung solusi terminasi precision tinggi saperti runtuyan Omega 44xxx make persamaan Steinhart-Hart pikeun ngarobah lalawanan ka darajat Celsius.Persamaan 2 merlukeun tilu konstanta A, B, jeung C, deui disadiakeun ku produsén sensor.Kusabab koefisien persamaan dibangkitkeun nganggo tilu titik suhu, persamaan anu dihasilkeun ngaminimalkeun kasalahan anu diwanohkeun ku linierisasi (biasana 0,02 °C).
A, B jeung C mangrupakeun konstanta diturunkeun tina tilu setpoints suhu.R = résistansi térmistor dina ohm T = suhu dina K derajat
Dina Gbr.3 nembongkeun éksitasi sensor ayeuna.Arus drive diterapkeun kana thermistor sareng arus anu sami diterapkeun kana résistor precision;résistor precision dipaké salaku rujukan pikeun pangukuran.Nilai résistor rujukan kedah langkung ageung atanapi sami sareng nilai résistansi thermistor pangluhurna (gumantung kana suhu panghandapna anu diukur dina sistem).
Nalika milih arus éksitasi, résistansi maksimum thermistor kedah dipertimbangkeun deui.Ieu ensures yén tegangan peuntas sensor jeung résistor rujukan salawasna dina tingkat ditarima mun éléktronika.Sumber ayeuna widang merlukeun sababaraha headroom atawa kaluaran cocog.Upami térmistor gaduh résistansi anu luhur dina suhu panghandapna anu tiasa diukur, ieu bakal nyababkeun arus drive anu rendah pisan.Ku alatan éta, tegangan dihasilkeun sakuliah thermistor dina suhu luhur leutik.Tahap gain programmable bisa dipaké pikeun ngaoptimalkeun pangukuran sinyal tingkat low ieu.Tapi, gain kudu diprogram sacara dinamis sabab tingkat sinyal ti thermistor beda-beda pisan jeung suhu.
Pilihan séjén nyaéta pikeun nyetél gain tapi nganggo arus drive dinamis.Ku alatan éta, salaku tingkat sinyal ti thermistor robah, nilai drive ayeuna robah dinamis sahingga tegangan dimekarkeun sakuliah thermistor nu aya dina rentang input husus tina alat éléktronik.Pamaké kedah mastikeun yén voltase anu dikembangkeun dina résistor rujukan ogé dina tingkat anu tiasa ditampi ku éléktronika.Kadua pilihan ngabutuhkeun tingkat kontrol anu luhur, ngawaskeun tegangan konstan dina thermistor supados éléktronika tiasa ngukur sinyal.Naha aya pilihan anu langkung gampang?Mertimbangkeun éksitasi tegangan.
Nalika tegangan DC diterapkeun kana thermistor, arus anu ngaliwatan thermistor otomatis skala nalika résistansi thermistor robih.Ayeuna, ngagunakeun résistor ukur precision tinimbang résistor rujukan, tujuanana pikeun ngitung arus anu ngalir ngaliwatan thermistor, sahingga ngamungkinkeun résistansi thermistor diitung.Kusabab tegangan drive ogé dipaké salaku sinyal rujukan ADC, euweuh tahap gain diperlukeun.Prosesor henteu ngagaduhan tugas pikeun ngawas tegangan thermistor, nangtukeun upami tingkat sinyal tiasa diukur ku éléktronika, sareng ngitung naon drive gain / nilai ayeuna anu kedah disaluyukeun.Ieu mangrupikeun metode anu dianggo dina tulisan ieu.
Lamun thermistor ngabogaan rating lalawanan leutik sarta rentang lalawanan, tegangan atawa éksitasi ayeuna bisa dipaké.Dina hal ieu, drive ayeuna jeung gain bisa dibenerkeun.Ku kituna, sirkuit bakal ditémbongkeun saperti dina Gambar 3. Metoda ieu merenah sabab kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun ngadalikeun arus ngaliwatan sensor jeung résistor rujukan, nu berharga dina aplikasi kakuatan low.Salaku tambahan, pemanasan mandiri thermistor diminimalkeun.
éksitasi tegangan ogé bisa dipaké pikeun thermistor kalawan ratings lalawanan low.Sanajan kitu, pamaké kudu salawasna mastikeun yén arus ngaliwatan sensor henteu teuing tinggi pikeun sensor atawa aplikasi.
Éksitasi tegangan nyederhanakeun palaksanaan nalika nganggo thermistor kalayan rating résistansi anu ageung sareng rentang suhu anu lega.Résistansi nominal anu langkung ageung nyayogikeun tingkat arus anu tiasa ditampi.Nanging, désainer kedah mastikeun yén arus dina tingkat anu tiasa ditampi dina sadaya rentang suhu anu dirojong ku aplikasi.
Sigma-Delta ADCs nawiskeun sababaraha kaunggulan nalika ngarancang sistem pangukuran thermistor.Kahiji, sabab sigma-délta ADC resamples input analog, nyaring éksternal dijaga ka minimum jeung hijina sarat nyaéta filter RC basajan.Aranjeunna nyadiakeun kalenturan dina tipe filter sarta laju baud kaluaran.Panyaring digital anu diwangun-di tiasa dianggo pikeun nyegah gangguan dina alat-alat listrik.Alat 24-bit sapertos AD7124-4 / AD7124-8 gaduh resolusi pinuh dugi ka 21,7 bit, janten aranjeunna nyayogikeun resolusi anu luhur.
Pamakéan ADC sigma-delta greatly simplifies desain thermistor bari ngurangan spésifikasi, ongkos sistem, spasi dewan, sarta waktu ka pasar.
Artikel ieu ngagunakeun AD7124-4 / AD7124-8 salaku ADC sabab noise low, arus low, precision ADCs kalawan diwangun-di PGA, diwangun-di rujukan, input analog, sarta panyangga rujukan.
Henteu paduli naha anjeun nganggo drive ayeuna atanapi tegangan drive, disarankeun konfigurasi ratiometric dimana tegangan rujukan sareng tegangan sensor asalna tina sumber drive anu sami.Ieu ngandung harti yén sagala parobahan dina sumber éksitasi moal mangaruhan akurasi pangukuran.
Dina Gbr.5 nembongkeun arus drive konstan pikeun thermistor na precision résistor RREF, tegangan dimekarkeun sakuliah RREF teh tegangan rujukan pikeun ngukur thermistor nu.
Arus médan henteu kedah akurat sareng tiasa kirang stabil sabab kasalahan dina arus médan bakal dileungitkeun dina konfigurasi ieu.Sacara umum, éksitasi ayeuna langkung dipikaresep tibatan éksitasi tegangan kusabab kontrol sensitipitas unggul sareng kekebalan noise anu langkung saé nalika sénsor aya di lokasi anu jauh.Métode bias jinis ieu biasana dianggo pikeun RTD atanapi thermistor kalayan nilai résistansi anu handap.Nanging, pikeun thermistor anu gaduh nilai résistansi anu langkung luhur sareng sensitipitas anu langkung luhur, tingkat sinyal anu dihasilkeun ku unggal parobihan suhu bakal langkung ageung, janten éksitasi tegangan dianggo.Contona, térmistor 10 kΩ mibanda résistansi 10 kΩ dina 25°C.Dina -50°C, résistansi thermistor NTC nyaéta 441,117 kΩ.Arus drive minimum 50 µA anu disayogikeun ku AD7124-4/AD7124-8 ngahasilkeun 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, anu luhur teuing sareng di luar jangkauan operasi kalolobaan ADC anu sayogi dianggo di daérah aplikasi ieu.Térmistor ogé biasana disambungkeun atawa lokasina deukeut éléktronika, jadi kekebalan pikeun ngajalankeun arus teu diperlukeun.
Nambahkeun résistor rasa dina séri salaku sirkuit pembagi tegangan bakal ngawatesan arus ngaliwatan thermistor kana nilai résistansi minimum na.Dina konfigurasi ieu, nilai résistor rasa RSENSE kudu sarua jeung nilai résistansi thermistor dina suhu rujukan 25 ° C, ku kituna tegangan kaluaran bakal sarua jeung titik tengah tegangan rujukan dina suhu nominal na. 25°CC Kitu ogé, lamun témistor 10 kΩ kalawan résistansi 10 kΩ dina 25°C dipaké, RSENSE kedahna 10 kΩ.Nalika suhu robih, résistansi thermistor NTC ogé robih, sareng babandingan tegangan drive meuntas thermistor ogé robih, hasilna tegangan kaluaran sabanding sareng résistansi thermistor NTC.
Lamun rujukan tegangan dipilih dipaké pikeun kakuatan thermistor jeung / atawa RSENSE cocog tegangan rujukan ADC dipaké pikeun pangukuran, Sistim disetel ka ukuran ratiometric (Gambar 7) ku kituna sagala sumber tegangan kasalahan patali éksitasi bakal bias dihapus.
Catet yén boh résistor rasa (tegangan disetir) atanapi résistor rujukan (didorong ayeuna) kedah gaduh kasabaran awal anu lemah sareng drift anu rendah, sabab duanana variabel tiasa mangaruhan akurasi sadaya sistem.
Nalika nganggo sababaraha térmistor, hiji tegangan éksitasi tiasa dianggo.Sanajan kitu, unggal thermistor kudu boga résistor rasa precision sorangan, ditémbongkeun saperti dina Gbr.8. pilihan séjén nyaéta pamakéan hiji multiplexer éksternal atawa switch lalawanan low dina kaayaan on, nu ngidinan babagi hiji résistor rasa precision.Kalayan konfigurasi ieu, unggal thermistor peryogi sababaraha waktos settling nalika diukur.
Kasimpulanana, nalika ngarancang sistem pangukuran suhu dumasar-thermistor, aya seueur patarosan anu kedah dipertimbangkeun: pilihan sénsor, kabel sénsor, pilihan pilihan komponén, konfigurasi ADC, sareng kumaha rupa-rupa variabel ieu mangaruhan akurasi sistem.Artikel salajengna dina séri ieu ngécéskeun kumaha carana ngaoptimalkeun desain sistem anjeun sareng anggaran kasalahan sistem sakabéh pikeun ngahontal kinerja udagan anjeun.
waktos pos: Sep-30-2022