Iki minangka artikel pisanan ing seri rong bagéan. Artikel iki bakal ngrembug babagan sejarah lan tantangan desainsuhu adhedhasar termistorsistem pangukuran, uga comparison karo resistance thermometer (RTD) sistem pangukuran suhu. Uga bakal njlèntrèhaké pilihan termistor, konfigurasi trade-off, lan pentinge sigma-delta analog-to-digital converters (ADCs) ing wilayah aplikasi iki. Artikel kapindho bakal rinci babagan cara ngoptimalake lan ngevaluasi sistem pangukuran adhedhasar termistor pungkasan.
Kaya sing diterangake ing seri artikel sadurunge, Ngoptimalake Sistem Sensor Suhu RTD, RTD minangka resistor sing resistensi beda-beda gumantung karo suhu. Thermistor kerjane padha karo RTD. Ora kaya RTD, sing mung duwe koefisien suhu positif, termistor bisa duwe koefisien suhu positif utawa negatif. Thermistor koefisien suhu negatif (NTC) nyuda resistensi nalika suhu mundhak, dene termistor koefisien suhu positif (PTC) nambah resistensi nalika suhu mundhak. Ing anjir. 1 nuduhake karakteristik respon termistor NTC lan PTC khas lan mbandhingake karo kurva RTD.
Ing babagan kisaran suhu, kurva RTD meh linear, lan sensor nyakup sawetara suhu sing luwih akeh tinimbang termistor (biasane -200°C nganti +850°C) amarga sifat termistor sing ora linier (eksponensial). RTD biasane kasedhiya ing kurva standar sing kondhang, dene kurva termistor beda-beda miturut pabrikan. Kita bakal ngrembug babagan iki kanthi rinci ing bagean pandhuan pilihan termistor ing artikel iki.
Thermistor digawe saka bahan komposit, biasane keramik, polimer, utawa semikonduktor (biasane oksida logam) lan logam murni (platina, nikel, utawa tembaga). Thermistor bisa ndeteksi owah-owahan suhu luwih cepet tinimbang RTDs, menehi saran luwih cepet. Mulane, termistor umume digunakake dening sensor ing aplikasi sing mbutuhake biaya sing murah, ukuran cilik, respon sing luwih cepet, sensitivitas sing luwih dhuwur, lan sawetara suhu sing winates, kayata kontrol elektronik, kontrol omah lan bangunan, laboratorium ilmiah, utawa kompensasi persimpangan dingin kanggo thermocouple ing komersial. utawa aplikasi industri. tujuan. Aplikasi.
Umume kasus, termistor NTC digunakake kanggo pangukuran suhu sing akurat, dudu termistor PTC. Sawetara termistor PTC kasedhiya sing bisa digunakake ing sirkuit proteksi arus luwih utawa minangka sekring sing bisa direset kanggo aplikasi safety. Kurva suhu-tahan saka termistor PTC nuduhake wilayah NTC sing cilik banget sadurunge tekan titik ngalih (utawa titik Curie), ing sadhuwure resistensi mundhak banget kanthi pirang-pirang urutan gedhene ing sawetara derajat Celsius. Ing kahanan overcurrent, termistor PTC bakal generate kuwat poto-panas nalika suhu ngoper wis ngluwihi, lan resistance bakal mundhak banget, kang bakal ngurangi saiki input kanggo sistem, saéngga nyegah karusakan. Titik ngoper termistor PTC biasane antarane 60°C lan 120°C lan ora cocok kanggo ngontrol pangukuran suhu ing macem-macem aplikasi. Artikel iki fokus ing termistor NTC, sing biasane bisa ngukur utawa ngawasi suhu saka -80°C nganti +150°C. Thermistor NTC duweni peringkat resistance saka sawetara ohm nganti 10 MΩ ing 25 ° C. Minangka ditampilake ing anjir. 1, owah-owahan ing resistance saben derajat Celsius kanggo termistor luwih pocapan saka kanggo resistance thermometers. Dibandhingake karo termistor, sensitivitas dhuwur termistor lan nilai resistance dhuwur nyederhanakake sirkuit input, amarga thermistor ora mbutuhake konfigurasi kabel khusus, kayata 3-kabel utawa 4-kabel, kanggo ngimbangi resistance timbal. Desain termistor nggunakake mung konfigurasi 2-kabel prasaja.
Pangukuran suhu basis termistor presisi dhuwur mbutuhake pangolahan sinyal sing tepat, konversi analog-kanggo-digital, linearisasi, lan kompensasi, kaya sing dituduhake ing anjir. 2.
Senajan chain sinyal bisa katon prasaja, ana sawetara kerumitan sing mengaruhi ukuran, biaya, lan kinerja kabeh motherboard. Portofolio ADC presisi ADI kalebu sawetara solusi terintegrasi, kayata AD7124-4 / AD7124-8, sing nyedhiyakake sawetara kaluwihan kanggo desain sistem termal amarga sebagian besar blok bangunan sing dibutuhake kanggo aplikasi dibangun. Nanging, ana macem-macem tantangan kanggo ngrancang lan ngoptimalake solusi pangukuran suhu adhedhasar termistor.
Artikel iki mbahas saben masalah kasebut lan menehi rekomendasi kanggo ngrampungake lan nyederhanakake proses desain kanggo sistem kasebut.
Ana macem-macem saka sudhutNTC termistoring pasar saiki, supaya milih termistor sing tepat kanggo aplikasi sampeyan bisa dadi tugas sing angel. Elinga yen termistor didaftar miturut nilai nominal, yaiku resistensi nominal ing 25 ° C. Mulane, termistor 10 kΩ nduweni resistansi nominal 10 kΩ ing 25°C. Thermistor nduweni nilai resistance nominal utawa dhasar saka sawetara ohm nganti 10 MΩ. Thermistor kanthi rating tahan kurang (resistance nominal 10 kΩ utawa kurang) biasane ndhukung kisaran suhu sing luwih murah, kayata -50°C nganti +70°C. Thermistor kanthi rating resistensi sing luwih dhuwur bisa tahan suhu nganti 300 ° C.
Unsur termistor digawe saka oksida logam. Thermistor kasedhiya ing werni, radial lan wangun SMD. Manik-manik termistor dilapisi epoksi utawa dibungkus kaca kanggo proteksi tambahan. Termistor bal sing dilapisi epoksi, termistor radial lan permukaan cocok kanggo suhu nganti 150 ° C. Termistor manik kaca cocok kanggo ngukur suhu dhuwur. Kabeh jinis lapisan / kemasan uga nglindhungi karat. Sawetara termistor uga bakal duwe omah tambahan kanggo proteksi tambahan ing lingkungan sing atos. Thermistor manik duwe wektu respon luwih cepet saka radial / SMD termistor. Nanging, padha ora kaya awet. Mulane, jinis termistor sing digunakake gumantung saka aplikasi pungkasan lan lingkungan ing ngendi termistor kasebut ana. Stabilitas jangka panjang termistor gumantung saka materi, kemasan, lan desaine. Contone, termistor NTC sing dilapisi epoksi bisa ngganti 0,2 ° C saben taun, nalika termistor sing disegel mung ngganti 0,02 ° C saben taun.
Thermistors teka ing akurasi beda. Thermistor standar biasane duwe akurasi 0,5 ° C nganti 1,5 ° C. Rating resistance termistor lan nilai beta (rasio 25°C nganti 50°C/85°C) nduweni toleransi. Elinga yen nilai beta termistor beda-beda miturut pabrikan. Contone, 10 kΩ NTC termistor saka manufaktur beda bakal duwe nilai beta beda. Kanggo sistem sing luwih akurat, termistor kayata seri Omega™ 44xxx bisa digunakake. Dheweke duwe akurasi 0,1 ° C utawa 0,2 ° C sajrone sawetara suhu 0 ° C nganti 70 ° C. Mula, sawetara suhu sing bisa diukur lan akurasi sing dibutuhake sajrone kisaran suhu kasebut nemtokake manawa termistor cocog kanggo aplikasi iki. Elinga yen luwih dhuwur akurasi seri Omega 44xxx, biaya sing luwih dhuwur.
Kanggo ngowahi resistensi dadi derajat Celsius, nilai beta biasane digunakake. Nilai beta ditemtokake kanthi ngerti rong titik suhu lan resistensi sing cocog ing saben titik suhu.
RT1 = Ketahanan suhu 1 RT2 = Ketahanan suhu 2 T1 = Suhu 1 (K) T2 = Suhu 2 (K)
Pangguna nggunakake nilai beta sing paling cedhak karo kisaran suhu sing digunakake ing proyek kasebut. Umume lembar data termistor ngemot nilai beta bebarengan karo toleransi resistensi ing 25 ° C lan toleransi kanggo nilai beta.
Termistor tliti sing luwih dhuwur lan solusi terminasi tliti dhuwur kayata seri Omega 44xxx nggunakake persamaan Steinhart-Hart kanggo ngowahi resistensi dadi derajat Celsius. Persamaan 2 mbutuhake telung konstanta A, B, lan C, maneh diwenehake dening pabrikan sensor. Amarga koefisien persamaan diasilake nggunakake telung titik suhu, persamaan sing diasilake nyuda kesalahan sing ditindakake kanthi linearisasi (biasane 0,02 °C).
A, B lan C minangka konstanta sing diturunake saka telung setpoint suhu. R = resistance termistor ing ohm T = suhu ing K derajat
Ing anjir. 3 nuduhake eksitasi sensor saiki. Drive saiki ditrapake kanggo termistor lan saiki padha ditrapake kanggo resistor tliti; resistor tliti digunakake minangka referensi kanggo pangukuran. Nilai resistor referensi kudu luwih gedhe tinimbang utawa padha karo nilai resistensi termistor paling dhuwur (gumantung saka suhu paling murah sing diukur ing sistem).
Nalika milih saiki eksitasi, resistance maksimum termistor kudu maneh dijupuk menyang akun. Iki mesthekake yen voltase tengen sensor lan resistor referensi tansah ing tingkat ditrima kanggo electronics. Sumber saiki lapangan mbutuhake sawetara headroom utawa output cocog. Yen termistor nduweni resistensi dhuwur ing suhu sing bisa diukur paling murah, iki bakal nyebabake arus drive sing sithik banget. Mulane, voltase sing diasilake ing thermistor ing suhu dhuwur cilik. Tahap gain sing bisa diprogram bisa digunakake kanggo ngoptimalake pangukuran sinyal tingkat rendah kasebut. Nanging, gain kudu diprogram kanthi dinamis amarga tingkat sinyal saka termistor beda-beda gumantung banget karo suhu.
Pilihan liyane yaiku nyetel gain nanging nggunakake arus drive dinamis. Mulane, nalika tingkat sinyal saka termistor diganti, nilai saiki drive owah-owahan kanthi dinamis supaya voltase sing dikembangake ing termistor ana ing kisaran input piranti elektronik sing ditemtokake. Pangguna kudu mesthekake yen voltase sing dikembangake ing resistor referensi uga ana ing tingkat sing bisa ditampa dening elektronik. Kaloro opsi kasebut mbutuhake tingkat kontrol sing dhuwur, ngawasi konstan voltase ing termistor supaya elektronik bisa ngukur sinyal kasebut. Apa ana pilihan sing luwih gampang? Coba eksitasi voltase.
Nalika voltase DC ditrapake ing termistor, arus liwat termistor kanthi otomatis mundhak nalika resistensi termistor diganti. Saiki, nggunakake resistor ukuran presisi tinimbang resistor referensi, tujuane kanggo ngetung arus sing mili liwat termistor, saéngga bisa ngitung resistensi termistor. Wiwit voltase drive uga digunakake minangka sinyal referensi ADC, ora tataran gain dibutuhake. Prosesor ora duwe tugas kanggo ngawasi voltase termistor, nemtokake manawa tingkat sinyal bisa diukur dening elektronik, lan ngitung apa gain drive / nilai saiki sing kudu diatur. Iki cara sing digunakake ing artikel iki.
Yen termistor nduweni rating resistance cilik lan sawetara resistance, voltase utawa eksitasi saiki bisa digunakake. Ing kasus iki, drive saiki lan gain bisa didandani. Mangkono, sirkuit bakal minangka ditampilake ing Figure 3. Cara iki trep ing iku bisa kanggo ngontrol saiki liwat sensor lan referensi resistor, kang terkenal ing aplikasi daya kurang. Kajaba iku, pemanasan mandiri termistor diminimalisir.
Eksitasi voltase uga bisa digunakake kanggo termistor kanthi rating resistensi sing sithik. Nanging, pangguna kudu tansah mesthekake yen saiki liwat sensor ora dhuwur banget kanggo sensor utawa aplikasi.
Eksitasi voltase nyederhanakake implementasine nalika nggunakake termistor kanthi rating resistance gedhe lan sawetara suhu sing amba. Resistance nominal sing luwih gedhe nyedhiyakake tingkat arus sing bisa ditampa. Nanging, desainer kudu mesthekake yen saiki ana ing tingkat sing bisa ditampa ing kabeh suhu sing didhukung dening aplikasi kasebut.
ADC Sigma-Delta nawakake sawetara kaluwihan nalika ngrancang sistem pangukuran termistor. Pisanan, amarga sigma-delta ADC resamples input analog, nyaring external katahan kanggo minimal lan mung requirement punika Filter RC prasaja. Padha nyedhiyani keluwesan ing jinis Filter lan output baud rate. Nyaring digital sing dibangun bisa digunakake kanggo nyuda gangguan ing piranti sing didhukung listrik. Piranti 24-bit kayata AD7124-4 / AD7124-8 duwe resolusi lengkap nganti 21,7 bit, saengga menehi resolusi dhuwur.
Panggunaan ADC sigma-delta banget nyederhanakake desain termistor nalika nyuda spesifikasi, biaya sistem, papan papan, lan wektu kanggo pasar.
Artikel iki nggunakake AD7124-4 / AD7124-8 minangka ADC amarga padha kurang gangguan, saiki kurang, presisi ADCs karo dibangun ing PGA, dibangun ing referensi, input analog, lan referensi buffer.
Preduli saka apa sampeyan nggunakake drive saiki utawa voltase drive, dianjurake konfigurasi ratiometric kang voltase referensi lan voltase sensor teka saka sumber drive padha. Iki tegese owah-owahan ing sumber eksitasi ora bakal mengaruhi akurasi pangukuran.
Ing anjir. 5 nuduhake saiki drive pancet kanggo termistor lan tliti resistor RREF, voltase dikembangaké tengen RREF punika voltase referensi kanggo ngukur termistor.
Arus lapangan ora perlu akurat lan bisa uga kurang stabil amarga ana kesalahan ing arus lapangan bakal diilangi ing konfigurasi iki. Umume, eksitasi saiki luwih disenengi tinimbang eksitasi voltase amarga kontrol sensitivitas sing unggul lan kekebalan gangguan sing luwih apik nalika sensor ana ing lokasi sing adoh. Cara bias jinis iki biasane digunakake kanggo RTD utawa termistor kanthi nilai resistensi sing sithik. Nanging, kanggo termistor kanthi nilai resistensi sing luwih dhuwur lan sensitivitas sing luwih dhuwur, tingkat sinyal sing diasilake saben owah-owahan suhu bakal luwih gedhe, mula eksitasi voltase digunakake. Contone, termistor 10 kΩ nduweni resistansi 10 kΩ ing 25°C. Ing -50 ° C, resistensi termistor NTC yaiku 441,117 kΩ. Arus drive minimal 50 µA sing diwenehake dening AD7124-4/AD7124-8 ngasilake 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, sing dhuwur banget lan ing njaba jangkauan operasi saka akeh ADC sing kasedhiya digunakake ing area aplikasi iki. Thermistor uga biasane disambungake utawa dumunung ing cedhak elektronik, supaya kakebalan kanggo drive saiki ora dibutuhake.
Nambahake resistor rasa ing seri minangka sirkuit pembagi voltase bakal mbatesi arus liwat termistor nganti nilai resistensi minimal. Ing konfigurasi iki, nilai resistor rasa RSENSE kudu padha karo nilai resistansi termistor ing suhu referensi 25 ° C, supaya voltase output bakal padha karo titik tengah voltase referensi ing suhu nominal 25°CC Kajaba iku, yen termistor 10 kΩ kanthi resistensi 10 kΩ ing 25°C digunakake, RSENSE kudu 10 kΩ. Minangka owah-owahan suhu, resistance saka termistor NTC uga owah-owahan, lan rasio voltase drive tengen termistor uga owah-owahan, asil ing voltase output kang sebanding karo resistance saka termistor NTC.
Yen referensi voltase sing dipilih digunakake kanggo daya termistor lan / utawa RSENSE cocog voltase referensi ADC digunakake kanggo pangukuran, sistem disetel kanggo pangukuran ratiometric (Figure 7) supaya sembarang sumber voltase kesalahan-related eksitasi bakal bias dibusak.
Elinga yen salah siji resistor pangertèn (voltase mimpin) utawa referensi resistor (saiki mimpin) kudu duwe toleransi dhisikan kurang lan drift kurang, amarga loro variabel bisa mengaruhi akurasi kabeh sistem.
Nalika nggunakake macem-macem termistor, siji voltase eksitasi bisa digunakake. Nanging, saben termistor kudu duwe resistor rasa presisi dhewe, kaya sing dituduhake ing anjir. 8. Pilihan liyane iku nggunakake multiplexer external utawa ngalih kurang-resistance ing negara ing, sing ngidini nuduhake siji resistor pangertèn tliti. Kanthi konfigurasi iki, saben termistor mbutuhake sawetara wektu penyelesaian nalika diukur.
Ing ringkesan, nalika ngrancang sistem pangukuran suhu adhedhasar termistor, ana akeh pitakonan sing kudu ditimbang: pilihan sensor, kabel sensor, pilihan komponèn trade-off, konfigurasi ADC, lan carane macem-macem variabel iki mengaruhi akurasi sakabèhé saka sistem. Artikel sabanjure ing seri iki nerangake carane ngoptimalake desain sistem lan budget kesalahan sistem sakabèhé kanggo entuk kinerja target.
Wektu kirim: Sep-30-2022