Бу ике өлештән торган сериянең беренче мәкаләсе. Бу мәкаләдә башта тарих һәм проект проблемалары каралачактермистор нигезендәге температураүлчәү системалары, шулай ук каршылык термометры (RTD) температурасын үлчәү системалары белән чагыштыру. Ул шулай ук термистор сайлау, конфигурация сәүдәсе, һәм бу кушымта өлкәсендә сигма-дельта аналог-санлы конвертерларның (ADC) мөһимлеген тасвирлый. Икенче мәкалә термисторга нигезләнгән соңгы үлчәү системасын оптимальләштерү һәм бәяләү турында җентекләп язачак.
Алдагы мәкалә сериясендә күрсәтелгәнчә, RTD температурасы сенсор системаларын оптимизацияләү, RTD - резистор, аның каршылыгы температура белән үзгәрә. Термистлар РТДларга охшаш эшлиләр. Уңай температура коэффициенты булган РТДлардан аермалы буларак, термистор уңай яки тискәре температура коэффициентына ия булырга мөмкин. Тискәре температура коэффициенты (NTC) термисторлар температура күтәрелү белән каршылыкларын киметәләр, уңай температура коэффициенты (PTC) термисторлар температура күтәрелү белән каршылыкларын арттыралар. Инҗирдә. 1 типик NTC һәм PTC термисторларының җавап үзенчәлекләрен күрсәтә һәм аларны RTD кәкреләре белән чагыштыра.
Температура диапазоны ягыннан, RTD сызыгы сызыклы диярлек, һәм сенсор термисторның сызыксыз (экспоненциаль) табигате аркасында термисторларга караганда (гадәттә -200 ° C - + 850 ° C) күпкә киңрәк температура диапазонын үз эченә ала. РТД гадәттә билгеле стандартлаштырылган кәкреләрдә бирелә, термистор кәкреләре җитештерүчегә карап төрлечә. Бу турыда без бу мәкаләнең термистор сайлау бүлегендә җентекләп сөйләшәчәкбез.
Термисторлар составлы материаллардан, гадәттә керамика, полимер яки ярымүткәргечләр (гадәттә металл оксидлары) һәм саф металллар (платина, никель яки бакыр) эшләнгән. Термисторлар температураның үзгәрүен РТДларга караганда тизрәк ачыклый ала, тизрәк җавап бирә. Шуңа күрә, термисторлар гадәттә сенсорлар тарафыннан аз чыгымлы, кечкенә күләмле, тизрәк җавап, югары сизгерлек һәм чикләнгән температура диапазоны таләп иткән кушымталарда кулланыла, мәсәлән, электрон контроль, өй һәм төзелеш контроле, фәнни лабораторияләр, яисә коммерция термокупллары өчен салкын тоташу компенсациясе. яки сәнәгать кушымталары. максатлары. Кушымталар.
Күпчелек очракта, NTC термисторлары PTC термисторлары түгел, ә температураны төгәл үлчәү өчен кулланыла. Кайбер PTC термисторлары бар, алар артык саклану схемаларында яки куркынычсызлык кушымталары өчен күчерелә торган приборлар буларак кулланылырга мөмкин. PTC термисторының каршылык-температура сызыгы, күчерү ноктасына (яки Кюри ноктасына) җиткәнче бик кечкенә NTC өлкәсен күрсәтә, өстә каршылык берничә градус диапазонында зурлык заказы белән кискен күтәрелә. Артык шартларда, PTC термисторы күчү температурасы арткач, үз-үзен җылытуны китерәчәк, һәм аның каршылыгы кискен күтәреләчәк, бу системага керү агымын киметәчәк, шуның белән зыянны булдырмый. PTC термисторларының күчү ноктасы гадәттә 60 ° C белән 120 ° C арасында, һәм киң кулланылышта температура үлчәвен контрольдә тоту өчен яраксыз. Бу мәкалә NTC термисторларына юнәлтелгән, алар гадәттә -80 ° C дан + 150 ° C га кадәр булган температураны үлчәя яки күзәтә ала. NTC термисторларының каршылык рейтингы берничә охмнан 10 МΩга кадәр 25 ° C. Инҗирдә күрсәтелгәнчә. 1, термисторлар өчен каршылык дәрәҗәсенең үзгәрүе каршылык термометрларына караганда ачык күренә. Термисторлар белән чагыштырганда, термисторның югары сизгерлеге һәм югары каршылык бәясе аның керү схемасын гадиләштерә, чөнки термисторлар корычка каршы торуны компенсацияләү өчен 3 чыбыклы яки 4 чыбыклы махсус чыбык конфигурациясен таләп итмиләр. Термистор дизайны гади 2 чыбыклы конфигурацияне куллана.
Термисторга нигезләнгән югары төгәл температураны үлчәү сигналны төгәл эшкәртү, аналог-санлы конверсия, сызыклаштыру һәм компенсация таләп итә, инҗирдә күрсәтелгәнчә. 2.
Сигнал чылбыры гади кебек тоелса да, бөтен ана тактасының зурлыгына, бәясенә һәм эшенә тәэсир итүче берничә катлаулылык бар. ADI төгәл ADC портфелендә берничә интеграль чишелеш бар, мәсәлән, AD7124-4 / AD7124-8, алар җылылык системасы дизайны өчен берничә өстенлек бирә, чөнки кушымта өчен кирәк булган күпчелек блоклар урнаштырылган. Ләкин, термистор нигезендәге температураны үлчәү чишелешләрен проектлау һәм оптимальләштерүдә төрле проблемалар бар.
Бу мәкалә бу сорауларның һәрберсен тикшерә һәм аларны чишү һәм мондый системалар өчен проектлау процессын тагын да гадиләштерү өчен тәкъдимнәр бирә.
Төрлесе барNTC термисторларыбүген базарда, шуңа күрә заявкагыз өчен дөрес термистор сайлау авыр эш булырга мөмкин. Игътибар итегез, термистлар аларның номиналь кыйммәтләре белән күрсәтелгән, бу аларның номиналь каршылыгы 25 ° C. Шуңа күрә, 10 кΩ термисторның номиналь каршылыгы 10 кΩ 25 ° C. Термистларның номиналь яки төп каршылык кыйммәтләре берничә охмнан 10 МΩ га кадәр. Түбән каршылык рейтингы булган термистлар (номиналь каршылык 10 кΩ яки аннан да азрак), гадәттә, түбән температура диапазонына булышалар, мәсәлән -50 ° C - + 70 ° C. Resistanceгары каршылык рейтингы булган термистлар 300 ° C кадәр температураларга каршы тора ала.
Термистор элементы металл оксидыннан эшләнгән. Термисторлар туп, радиаль һәм SMD формаларында бар. Термистор бусы эпокси белән капланган яки өстәмә саклау өчен пыяла белән капланган. Эпокси капланган шар термисторлары, радиаль һәм өслек термисторлары 150 ° C га кадәр температура өчен яраклы. Пыяла мишәр термисторлары югары температураны үлчәү өчен яраклы. Барлык төр каплау / төрү дә коррозиядән саклый. Кайбер термисторларда шулай ук каты шартларда өстәмә саклау өчен өстәмә йортлар булачак. Мончалы термисторларның радиаль / SMD термисторларына караганда тизрәк җавап вакыты бар. Ләкин, алар нык түгел. Шуңа күрә кулланылган термистор төре соңгы куллануга һәм термистор урнашкан мохиткә бәйле. Термисторның озак вакытлы тотрыклылыгы аның материалына, төрүенә, дизайнына бәйле. Мәсәлән, эпокси белән капланган NTC термисторы елына 0,2 ° C үзгәртә ала, мөһерләнгән термистор елына 0,02 ° C гына үзгәрә.
Термисторлар төрле төгәллектә килә. Стандарт термисторларның төгәллеге 0,5 ° C - 1,5 ° C. Термисторга каршы тору һәм бета бәясе (25 ° C белән 50 ° C / 85 ° C) толерантлыкка ия. Термисторның бета бәясе җитештерүче тарафыннан үзгәрә. Мәсәлән, төрле җитештерүчеләрдән 10 kΩ NTC термисторы төрле бета кыйммәтләренә ия булачак. Төгәлрәк системалар өчен Omega ™ 44xxx сериясе кебек термисторлар кулланылырга мөмкин. Аларда 0 ° C - 70 ° C температура диапазонында 0,1 ° C яки 0,2 ° C төгәллек бар. Шуңа күрә, үлчәнә торган температуралар диапазоны һәм шул температура диапазонында таләп ителгән төгәллек термисторларның бу кушымта өчен яраклы булуын билгели. Зинһар, онытмагыз, Омега 44xxx сериясенең төгәллеге никадәр югары булса, бәясе дә шулкадәр югары.
Каршылыкны degreesельсийга әйләндерү өчен, бета бәясе гадәттә кулланыла. Бета бәясе ике температура ноктасын һәм һәр температура ноктасында тиешле каршылыкны белү белән билгеләнә.
RT1 = Температурага каршы тору 1 RT2 = Температурага каршы тору 2 Т1 = Температура 1 (К) Т2 = Температура 2 (К)
Кулланучы проектта кулланылган температура диапазонына иң якын бета кыйммәтен куллана. Күпчелек термистор мәгълүмат битләре бета кыйммәтен күрсәтәләр, 25 ° C каршылык толерантлыгы һәм бета кыйммәтенә толерантлык.
Омега 44xxx сериясе кебек югары төгәл термисторлар һәм югары төгәллекне туктату чишелешләре Стейнхарт-Харт тигезләмәсен кулланалар, каршылыкны Celельсий дәрәҗәсенә күчерәләр. 2 тигезләмәсе A, B, C өч константаны таләп итә, яңадан сенсор җитештерүче тарафыннан бирелә. Тигезләмә коэффициентлары өч температура ноктасы ярдәмендә барлыкка килгәнгә, барлыкка килгән тигезләмә сызыклы (гадәттә 0,02 ° C) кертелгән хатаны киметә.
А, В һәм С өч температура ноктасыннан алынган тотрыклылар. R = охмдагы термистор каршылыгы T = температура K градусында
Инҗирдә. 3 сенсорның хәзерге дулкынлануын күрсәтә. Драйвер токы термисторга һәм шул ук ток төгәл резисторга кулланыла; төгәл резистор үлчәү өчен белешмә буларак кулланыла. Белешмә резисторның кыйммәте термистор каршылыгының иң югары бәясеннән зуррак яки тигез булырга тиеш (системада үлчәнгән иң түбән температурага карап).
Дулкынландыргыч токны сайлаганда, термисторның максималь каршылыгы тагын бер тапкыр исәпкә алынырга тиеш. Бу сенсор һәм белешмә резистор аша көчәнешнең һәрвакыт электроника өчен яраклы дәрәҗәдә булуын тәэмин итә. Кыр агымының чыганагы ниндидер баш бүлмәсе яки чыгарылышка туры килүне таләп итә. Әгәр термисторның иң түбән үлчәнә торган температурада югары каршылыгы булса, бу бик аз саклагыч токка китерәчәк. Шуңа күрә, югары температурада термистор аша барлыкка килгән көчәнеш кечкенә. Программалаштырылган табыш этаплары бу түбән дәрәҗәдәге сигналларны үлчәүне оптимальләштерү өчен кулланылырга мөмкин. Ләкин, табыш динамик программалашырга тиеш, чөнки термистордан сигнал дәрәҗәсе температура белән бик нык үзгәрә.
Тагын бер вариант - табышны билгеләү, ләкин динамик саклагыч ток куллану. Шуңа күрә, термистордан сигнал дәрәҗәсе үзгәргән саен, саклагычның ток кыйммәте динамик үзгәрә, шулай итеп термистор аша үскән көчәнеш электрон җайланманың кертелгән диапазонында була. Кулланучы белешмә резистор аша эшләнгән көчәнешнең дә электроника өчен яраклы дәрәҗәдә булуын тәэмин итәргә тиеш. Ике вариант та югары дәрәҗәдәге контроль таләп итә, термистор аша көчәнешнең даими мониторингы, электроника сигналны үлчәя ала. Easierиңелрәк вариант бармы? Вольтлы дулкынлануны карагыз.
Термисторга DC көчәнеше кулланылганда, термистор аша каршылык үзгәргәндә, термистор аша ток автоматик рәвештә тарала. Хәзер, белешмә резистор урынына төгәл үлчәү резисторы кулланып, аның максаты - термистор аша агымны исәпләү, шулай итеп термистор каршылыгын исәпләргә мөмкинлек бирә. Драйвер көчәнеше шулай ук ADC белешмә сигналы буларак кулланылганлыктан, бернинди этап та кирәк түгел. Процессорның термистор көчәнешен күзәтү, сигнал дәрәҗәсен электроника белән үлчәп буламы, нинди саклагыч табыш / агым бәясен көйләргә кирәклеген исәпләү бурычы юк. Бу мәкаләдә кулланылган ысул.
Термисторның каршылык дәрәҗәсе һәм каршылык диапазоны кечкенә булса, көчәнеш яки ток дулкыны кулланылырга мөмкин. Бу очракта саклагыч токы һәм табышны төзәтеп була. Шулай итеп, схема 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә булачак. Бу ысул уңайлы, чөнки токны сенсор һәм белешмә резистор аша контрольдә тоту мөмкин, ул аз энергия кушымталарында кыйммәтле. Моннан тыш, термисторның үз-үзен җылытуы минимальләштерелә.
Вольт дулкынлануы түбән каршылыклы термисторлар өчен дә кулланылырга мөмкин. Ләкин, кулланучы сенсор яки кушымта өчен токның артык зур булмавын һәрвакыт тәэмин итәргә тиеш.
Зур каршылык рейтингы һәм киң температура диапазоны булган термисторны кулланганда көчәнеш дулкынлануы гадиләштерелә. Зур номиналь каршылык бәяләнгән токның яраклы дәрәҗәсен тәэмин итә. Ләкин, дизайнерлар токның кушымта ярдәмендә барлык температура диапазонында кабул ителгән дәрәҗәдә булуын тәэмин итәргә тиеш.
Термистор үлчәү системасын эшләгәндә Sigma-Delta ADCs берничә өстенлек тәкъдим итә. Беренчедән, сигма-дельта ADC аналог кертүне кабатлаганга, тышкы фильтрлау минимумга кадәр саклана һәм бердәнбер таләп - гади RC фильтры. Алар фильтр төрендә һәм чыгу ставкасында сыгылучылык тәэмин итәләр. Эчке санлы фильтрлау электр челтәре белән эшләнгән җайланмалардагы теләсә нинди комачаулыкны басу өчен кулланылырга мөмкин. AD7124-4 / AD7124-8 кебек 24 битле җайланмаларның тулы резолюциясе 21,7 биткә кадәр, шуңа күрә алар югары резолюция бирә.
Сигма-дельта ADC куллану термистор дизайнын бик гадиләштерә, спецификацияне, система бәясен, такта мәйданын һәм базарга вакытны киметә.
Бу мәкалә AD7124-4 / AD7124-8 ADC буларак куллана, чөнки алар түбән шау-шу, түбән ток, урнаштырылган PGA белән төгәл ADC-лар, урнаштырылган белешмәлек, аналог кертү, белешмә буфер.
Драйвер токын яки диск көчәнешен куллануыгызга карамастан, ратиометрик конфигурация тәкъдим ителә, анда белешмә көчәнеше һәм сенсор көчәнеше бер саклагыч чыганагыннан килә. Димәк, дулкынлану чыганагындагы теләсә нинди үзгәреш үлчәү төгәллегенә тәэсир итмәячәк.
Инҗирдә. 5 термистор һәм RREF төгәл резистор өчен даими саклагыч токны күрсәтә, RREF аша эшләнгән көчәнеш - термисторны үлчәү өчен белешмә көчәнеш.
Кыр токы төгәл булырга тиеш түгел һәм азрак тотрыклы булырга мөмкин, чөнки бу конфигурациядә кыр токындагы хаталар бетереләчәк. Гадәттә, сенсор ерак җирләрдә урнашканда, сизгерлекне контрольдә тоту һәм шау-шу иммунитеты аркасында көчәнеш дулкынлануыннан өстенрәк. Бу төр тискәре ысул гадәттә РТД яки түбән каршылык кыйммәте булган термисторлар өчен кулланыла. Ләкин, каршылык кыйммәте һәм сизгерлеге зуррак булган термистор өчен, һәр температураның үзгәрүеннән барлыкка килгән сигнал дәрәҗәсе зуррак булачак, шуңа күрә көчәнеш дулкыны кулланыла. Мәсәлән, 10 кΩ термистор 25 ° C температурада 10 кΩ каршылыкка ия. -50 ° C температурада, NTC термисторының каршылыгы 441,117 кΩ. AD7124-4 / AD7124-8 белән тәэмин ителгән минималь саклагыч ток 441,117 kΩ × 50 µA = 22 V чыгара, бу бик югары һәм бу кушымта өлкәсендә кулланылган иң күп ADC-ларның эш диапазоныннан читтә. Термисторлар шулай ук гадәттә тоташтырылган яки электроника янында урнашкан, шуңа күрә ток йөртү өчен иммунитет кирәк түгел.
Вольт бүлү схемасы буларак бер-бер артлы тойгы резисторын термистор аша токны минималь каршылык бәясенә чикләячәк. Бу конфигурациядә RSENSE тойгы резисторының бәясе 25 ° C температурада термистор каршылыгы бәясенә тигез булырга тиеш, шулай итеп чыгу көчәнеше аның номиналь температурасында белешмә көчәнешнең урта ноктасына тигез булыр. 25 ° CC Шул ук вакытта, 10 кΩ каршылыгы булган 10 кΩ термистор кулланылса, RSENSE 10 кΩ булырга тиеш. Температура үзгәргән саен, NTC термисторның каршылыгы да үзгәрә, һәм термистор аша йөртүче көчәнешенең катнашуы да үзгәрә, нәтиҗәдә чыгу көчәнеше NTC термисторының каршылыгына пропорциональ була.
Термисторны һәм / яки RSENSEны куллану өчен кулланылган сайланган көчәнеш сылтамасы үлчәү өчен кулланылган ADC белешмә көчәнешенә туры килсә, система ратиометрик үлчәүгә куелган (7 нче рәсем), шуңа күрә дулкынлану белән бәйле хата көчәнеш чыганагы бетерелергә тиеш.
Игътибар итегез, яисә резистор (көчәнеш белән идарә ителә) яки белешмә резистор (агым белән идарә ителә) түбән башлангыч толерантлык һәм түбән дрифт булырга тиеш, чөнки ике үзгәрүчән дә бөтен системаның төгәллегенә тәэсир итә ала.
Берничә термистор кулланганда, бер дулкынландыргыч көчәнеш кулланырга мөмкин. Ләкин, һәр термисторның инҗирдә күрсәтелгәнчә, төгәл төгәллек резисторы булырга тиеш. 8. Тагын бер вариант - тышкы мультиплексерны яки түбән каршылыклы ачкычны дәүләттә куллану, бу бер төгәл хис резисторын бүлешергә мөмкинлек бирә. Бу конфигурация белән, һәр термистор үлчәнгәндә бераз чишү вакыты кирәк.
Йомгаклап әйткәндә, термистор нигезендә температураны үлчәү системасын эшләгәндә, күп сораулар бирергә кирәк: сенсор сайлау, сенсор чыбыклары, компонент сайлау сәүдәсе, ADC конфигурациясе һәм бу төрле үзгәрешләр системаның гомуми төгәллегенә ничек тәэсир итә. Бу сериянең чираттагы мәкаләсе сезнең максат дизайнына ирешү өчен система дизайнын һәм гомуми система хата бюджетын оптимальләштерүне аңлатып бирә.
Пост вакыты: 30-2022 сентябрь