Bu ikki qismli turkumdagi birinchi maqola bo’lgan maqola yangiliklar.net saytiga kiritilgan. Ushbu maqolada birinchi navbatda uning tarixi va dizayn muammolari muhokama qilinaditermistorga asoslangan harorato'lchash tizimlari, shuningdek ularni qarshilik termometri (RTD) haroratni o'lchash tizimlari bilan taqqoslash. Shuningdek, u termistorni tanlash, konfiguratsiyani o'zgartirish va sigma-delta analog-raqamli konvertorlarning (ADC) ushbu dastur sohasida ahamiyatini tavsiflaydi. Ikkinchi maqolada yakuniy termistorga asoslangan o'lchov tizimini qanday optimallashtirish va baholash haqida batafsil ma'lumot beriladi.
Oldingi maqolalar seriyasida tasvirlanganidek, RTD harorat sensori tizimlarini optimallashtirish, RTD qarshilik haroratga qarab o'zgarib turadigan rezistordir. Termistorlar RTDlarga o'xshash ishlaydi. Faqat ijobiy harorat koeffitsientiga ega bo'lgan RTDlardan farqli o'laroq, termistor ijobiy yoki salbiy harorat koeffitsientiga ega bo'lishi mumkin. Salbiy harorat koeffitsienti (NTC) termistorlar harorat ko'tarilishi bilan qarshilikni pasaytiradi, musbat harorat koeffitsienti (PTC) termistorlar esa harorat ko'tarilganda qarshiliklarini oshiradi. Shaklda. 1 tipik NTC va PTC termistorlarining javob xususiyatlarini ko'rsatadi va ularni RTD egri chiziqlari bilan taqqoslaydi.
Harorat diapazoni nuqtai nazaridan, RTD egri chizig'i deyarli chiziqli bo'lib, termistorning chiziqli bo'lmagan (eksponensial) tabiati tufayli sensori termistorlarga (odatda -200 ° C dan + 850 ° C gacha) nisbatan ancha kengroq harorat oralig'ini qamrab oladi. RTDlar odatda taniqli standartlashtirilgan egri chiziqlarda taqdim etiladi, termistor egri chiziqlar esa ishlab chiqaruvchiga qarab farqlanadi. Buni ushbu maqolaning termistor tanlash bo'yicha qo'llanma bo'limida batafsil muhokama qilamiz.
Termistorlar kompozit materiallardan, odatda keramika, polimerlar yoki yarimo'tkazgichlardan (odatda metall oksidlari) va sof metallardan (platina, nikel yoki mis) tayyorlanadi. Termistorlar harorat o'zgarishini RTDlarga qaraganda tezroq aniqlay oladi va tezroq qayta aloqani ta'minlaydi. Shuning uchun termistorlar odatda sensorlar tomonidan arzon narxlardagi, kichik o'lchamdagi, tezroq javob berishni, yuqori sezuvchanlikni va cheklangan harorat oralig'ini talab qiladigan ilovalarda qo'llaniladi, masalan, elektronikani nazorat qilish, uy va binolarni boshqarish, ilmiy laboratoriyalar yoki tijorat maqsadlarida termojuftlar uchun sovuq birikma kompensatsiyasi. yoki sanoat ilovalari. maqsadlar. Ilovalar.
Ko'pgina hollarda, NTC termistorlari PTC termistorlari emas, balki aniq haroratni o'lchash uchun ishlatiladi. Ba'zi PTC termistorlari mavjud bo'lib, ular haddan tashqari oqimdan himoya qilish davrlarida yoki xavfsizlik dasturlari uchun qayta o'rnatiladigan sigortalar sifatida ishlatilishi mumkin. PTC termistorining qarshilik-harorat egri chizig'i o'tish nuqtasiga (yoki Kyuri nuqtasiga) etib borgunga qadar juda kichik NTC hududini ko'rsatadi, undan yuqorida qarshilik bir necha daraja Selsiy oralig'ida bir necha darajalar bilan keskin ko'tariladi. Haddan tashqari oqim sharoitida, kommutatsiya harorati oshib ketganda, PTC termistori kuchli o'z-o'zini isitishni hosil qiladi va uning qarshiligi keskin ko'tariladi, bu tizimga kirish oqimini kamaytiradi va shu bilan zararni oldini oladi. PTC termistorlarining o'tish nuqtasi odatda 60 ° C va 120 ° C orasida bo'ladi va keng ko'lamli ilovalarda harorat o'lchovlarini nazorat qilish uchun mos kelmaydi. Ushbu maqola odatda -80 ° C dan + 150 ° C gacha bo'lgan haroratni o'lchashi yoki kuzatishi mumkin bo'lgan NTC termistorlariga qaratilgan. NTC termistorlari 25 ° C da bir necha ohmdan 10 MŌ gacha bo'lgan qarshilik ko'rsatkichlariga ega. Shaklda ko'rsatilganidek. 1, termistorlar uchun Tselsiy bo'yicha qarshilikning o'zgarishi qarshilik termometrlariga qaraganda ancha aniq. Termistorlar bilan solishtirganda, termistorning yuqori sezgirligi va yuqori qarshilik qiymati uning kirish sxemasini soddalashtiradi, chunki termistorlar qo'rg'oshin qarshiligini qoplash uchun 3-simli yoki 4-simli kabi maxsus simli konfiguratsiyani talab qilmaydi. Termistor dizayni faqat oddiy 2 simli konfiguratsiyadan foydalanadi.
Yuqori aniqlikdagi termistorga asoslangan haroratni o'lchash uchun, rasmda ko'rsatilganidek, aniq signalni qayta ishlash, analog-raqamli konvertatsiya, linearizatsiya va kompensatsiya talab qilinadi. 2.
Signal zanjiri oddiy ko'rinishi mumkin bo'lsa-da, butun anakartning hajmi, narxi va ishlashiga ta'sir qiluvchi bir nechta murakkabliklar mavjud. ADI ning aniq ADC portfeli AD7124-4/AD7124-8 kabi bir nechta integratsiyalashgan echimlarni o'z ichiga oladi, ular issiqlik tizimini loyihalash uchun bir qator afzalliklarni ta'minlaydi, chunki dastur uchun zarur bo'lgan qurilish bloklarining aksariyati o'rnatilgan. Biroq, termistorga asoslangan haroratni o'lchash echimlarini loyihalash va optimallashtirishda turli qiyinchiliklar mavjud.
Ushbu maqolada ushbu muammolarning har biri muhokama qilinadi va ularni hal qilish va bunday tizimlarni loyihalash jarayonini yanada soddalashtirish bo'yicha tavsiyalar beriladi.
Turli xil turlari mavjudNTC termistorlaribugungi kunda bozorda, shuning uchun ilovangiz uchun to'g'ri termistorni tanlash juda qiyin vazifa bo'lishi mumkin. E'tibor bering, termistorlar nominal qiymati bo'yicha ro'yxatga olingan, bu ularning nominal qarshiligi 25 ° C da. Shuning uchun, 10 kŌ termistor 25 ° C da 10 kŌ nominal qarshilikka ega. Termistorlar bir necha ohmdan 10 MŌ gacha bo'lgan nominal yoki asosiy qarshilik qiymatlariga ega. Past qarshilik ko'rsatkichlariga ega termistorlar (nominal qarshilik 10 kŌ yoki undan kam) odatda -50 ° C dan +70 ° C gacha bo'lgan past harorat diapazonlarini qo'llab-quvvatlaydi. Yuqori qarshilik ko'rsatkichlariga ega termistorlar 300 ° S gacha bo'lgan haroratga bardosh bera oladi.
Termistor elementi metall oksididan qilingan. Termistorlar to'p, radial va SMD shakllarida mavjud. Termistor boncuklar qo'shimcha himoya qilish uchun epoksi bilan qoplangan yoki shisha bilan qoplangan. Epoksi qoplamali balli termistorlar, radial va sirt termistorlari 150 ° S gacha bo'lgan haroratga mos keladi. Shisha boncukli termistorlar yuqori haroratni o'lchash uchun javob beradi. Barcha turdagi qoplamalar/qadoqlar ham korroziyadan himoya qiladi. Ba'zi termistorlar og'ir muhitda qo'shimcha himoya qilish uchun qo'shimcha korpuslarga ega bo'ladi. Boncukli termistorlar radial/SMD termistorlariga qaraganda tezroq javob berish vaqtiga ega. Biroq, ular u qadar bardoshli emas. Shuning uchun ishlatiladigan termistorning turi oxirgi dasturga va termistor joylashgan muhitga bog'liq. Termistorning uzoq muddatli barqarorligi uning materialiga, qadoqlashiga va dizayniga bog'liq. Misol uchun, epoksi qoplamali NTC termistori yiliga 0,2 ° C ni o'zgartirishi mumkin, muhrlangan termistor esa yiliga atigi 0,02 ° S ni o'zgartiradi.
Termistorlar har xil aniqlikda keladi. Standart termistorlar odatda 0,5 ° C dan 1,5 ° S gacha bo'lgan aniqlikka ega. Termistorning qarshilik ko'rsatkichi va beta qiymati (25 ° C dan 50 ° C / 85 ° C gacha bo'lgan nisbat) tolerantlikka ega. E'tibor bering, termistorning beta qiymati ishlab chiqaruvchiga qarab farq qiladi. Misol uchun, turli ishlab chiqaruvchilarning 10 kŌ NTC termistorlari turli beta qiymatlariga ega bo'ladi. Aniqroq tizimlar uchun Omega™ 44xxx seriyasi kabi termistorlardan foydalanish mumkin. Ular 0 ° C dan 70 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida 0,1 ° C yoki 0,2 ° S aniqlikka ega. Shuning uchun, o'lchash mumkin bo'lgan haroratlar diapazoni va bu harorat oralig'ida talab qilinadigan aniqlik termistorlar ushbu dastur uchun mos keladimi yoki yo'qligini aniqlaydi. E'tibor bering, Omega 44xxx seriyasining aniqligi qanchalik yuqori bo'lsa, narx shunchalik yuqori bo'ladi.
Qarshilikni Selsiy bo'yicha darajaga aylantirish uchun odatda beta qiymati ishlatiladi. Beta qiymati ikkita harorat nuqtasini va har bir harorat nuqtasida mos keladigan qarshilikni bilish orqali aniqlanadi.
RT1 = Harorat qarshiligi 1 RT2 = Harorat qarshiligi 2 T1 = Harorat 1 (K) T2 = Harorat 2 (K)
Foydalanuvchi loyihada ishlatiladigan harorat oralig'iga eng yaqin beta qiymatidan foydalanadi. Ko'pgina termistorlar ma'lumotlar jadvallarida 25 ° C da qarshilik bardoshlik va beta qiymati uchun tolerantlik bilan birga beta qiymati ko'rsatilgan.
Omega 44xxx seriyasi kabi yuqori aniqlikdagi termistorlar va yuqori aniqlikdagi tugatish yechimlari qarshilikni Selsiy gradusiga aylantirish uchun Shteynxart-Xart tenglamasidan foydalanadi. Tenglama 2 sensor ishlab chiqaruvchisi tomonidan yana taqdim etilgan uchta A, B va C konstantalarini talab qiladi. Tenglama koeffitsientlari uchta harorat nuqtasi yordamida yaratilganligi sababli, hosil bo'lgan tenglama linearizatsiya (odatda 0,02 ° C) tomonidan kiritilgan xatoni kamaytiradi.
A, B va C - uchta harorat sozlangan nuqtadan olingan doimiylar. R = ohmdagi termistor qarshiligi T = K darajali harorat
Shaklda. 3 sensorning joriy qo'zg'alishini ko'rsatadi. Drayv oqimi termistorga qo'llaniladi va bir xil oqim aniq qarshilikka qo'llaniladi; o'lchov uchun mos yozuvlar sifatida nozik qarshilik ishlatiladi. Yo'naltiruvchi rezistorning qiymati termistor qarshiligining eng yuqori qiymatidan (tizimda o'lchangan eng past haroratga qarab) kattaroq yoki unga teng bo'lishi kerak.
Qo'zg'alish oqimini tanlashda termistorning maksimal qarshiligini yana hisobga olish kerak. Bu sensor va mos yozuvlar qarshiligidagi kuchlanish har doim elektronika uchun maqbul darajada bo'lishini ta'minlaydi. Maydon oqimi manbai ba'zi bo'sh joy yoki chiqish mosligini talab qiladi. Agar termistor eng past o'lchanadigan haroratda yuqori qarshilikka ega bo'lsa, bu juda past haydovchi oqimiga olib keladi. Shuning uchun yuqori haroratda termistorda hosil bo'lgan kuchlanish kichikdir. Dasturlashtiriladigan daromad bosqichlari ushbu past darajadagi signallarni o'lchashni optimallashtirish uchun ishlatilishi mumkin. Shu bilan birga, daromadni dinamik ravishda dasturlash kerak, chunki termistordan signal darajasi harorat bilan juda farq qiladi.
Yana bir variant - daromadni belgilash, lekin dinamik haydovchi oqimidan foydalanish. Shuning uchun, termistordan signal darajasi o'zgarganda, qo'zg'alish oqimining qiymati dinamik ravishda o'zgaradi, shuning uchun termistorda ishlab chiqilgan kuchlanish elektron qurilmaning belgilangan kirish oralig'ida bo'ladi. Foydalanuvchi mos yozuvlar rezistorida ishlab chiqilgan kuchlanish ham elektronika uchun maqbul darajada bo'lishini ta'minlashi kerak. Ikkala variant ham yuqori darajadagi nazoratni, termistordagi kuchlanishni doimiy nazorat qilishni talab qiladi, shunda elektronika signalni o'lchashi mumkin. Eng oson variant bormi? Voltaj qo'zg'alishini ko'rib chiqing.
Termistorga doimiy kuchlanish qo'llanilganda, termistorning qarshiligi o'zgarganda, termistor orqali oqim avtomatik ravishda o'zgaradi. Endi, mos yozuvlar qarshiligi o'rniga aniq o'lchash qarshiligidan foydalanib, uning maqsadi termistor orqali o'tadigan oqimni hisoblashdir, bu esa termistor qarshiligini hisoblash imkonini beradi. Drayv kuchlanishi ADC mos yozuvlar signali sifatida ham ishlatilganligi sababli, hech qanday daromad bosqichi talab qilinmaydi. Protsessorda termistor kuchlanishini kuzatish, signal darajasini elektronika tomonidan o'lchash mumkinmi yoki yo'qligini aniqlash va haydovchining qanday daromad / joriy qiymatini sozlash kerakligini hisoblash vazifasi yo'q. Bu maqolada qo'llaniladigan usul.
Agar termistor kichik qarshilik ko'rsatkichi va qarshilik oralig'iga ega bo'lsa, kuchlanish yoki oqim qo'zg'alishi mumkin. Bunday holda, qo'zg'alish oqimi va daromadni aniqlash mumkin. Shunday qilib, sxema 3-rasmda ko'rsatilganidek bo'ladi. Bu usul past quvvatli ilovalarda qimmatli bo'lgan sensor va mos yozuvlar qarshiligi orqali oqimni nazorat qilish mumkinligi bilan qulaydir. Bundan tashqari, termistorning o'z-o'zidan isishi minimallashtiriladi.
Kuchlanish qo'zg'alishi past qarshilik ko'rsatkichlariga ega bo'lgan termistorlar uchun ham ishlatilishi mumkin. Biroq, foydalanuvchi har doim sensordan o'tadigan oqim sensor yoki dastur uchun juda yuqori emasligini ta'minlashi kerak.
Katta qarshilik ko'rsatkichi va keng harorat oralig'iga ega bo'lgan termistordan foydalanganda kuchlanish qo'zg'alishi amalga oshirishni soddalashtiradi. Kattaroq nominal qarshilik nominal oqimning maqbul darajasini ta'minlaydi. Shu bilan birga, dizaynerlar dastur tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan barcha harorat oralig'ida oqimning maqbul darajada bo'lishini ta'minlashi kerak.
Sigma-Delta ADCs termistor o'lchash tizimini loyihalashda bir qator afzalliklarni taklif qiladi. Birinchidan, sigma-delta ADC analog kirishni qayta namuna qilganligi sababli, tashqi filtrlash minimal darajada saqlanadi va yagona talab oddiy RC filtridir. Ular filtr turi va chiqish uzatish tezligida moslashuvchanlikni ta'minlaydi. O'rnatilgan raqamli filtrlash tarmoqdan quvvat oladigan qurilmalardagi har qanday shovqinlarni bostirish uchun ishlatilishi mumkin. AD7124-4/AD7124-8 kabi 24-bitli qurilmalar 21,7 bitgacha toʻliq ruxsatga ega, shuning uchun ular yuqori aniqlikni taʼminlaydi.
Sigma-delta ADC dan foydalanish termistor dizaynini sezilarli darajada soddalashtiradi, shu bilan birga spetsifikatsiyani, tizim narxini, plata maydonini va bozorga chiqish vaqtini kamaytiradi.
Ushbu maqola ADC sifatida AD7124-4/AD7124-8 dan foydalanadi, chunki ular past shovqin, past oqim, o'rnatilgan PGA, o'rnatilgan mos yozuvlar, analog kirish va mos yozuvlar buferi bilan aniq ADC.
Drayv oqimi yoki qo'zg'alish kuchlanishidan foydalanmasligingizdan qat'i nazar, mos yozuvlar kuchlanishi va sensor kuchlanishi bir xil qo'zg'alish manbasidan kelib chiqadigan nisbiy konfiguratsiya tavsiya etiladi. Bu shuni anglatadiki, qo'zg'alish manbaidagi har qanday o'zgarish o'lchovning aniqligiga ta'sir qilmaydi.
Shaklda. 5 termistor va aniq qarshilik RREF uchun doimiy qo'zg'alish oqimini ko'rsatadi, RREF bo'ylab ishlab chiqilgan kuchlanish termistorni o'lchash uchun mos yozuvlar kuchlanishidir.
Maydon oqimi aniq bo'lishi shart emas va kamroq barqaror bo'lishi mumkin, chunki bu konfiguratsiyada maydon oqimidagi har qanday xatoliklar yo'q qilinadi. Umuman olganda, sensor uzoq joylarda joylashganida yuqori sezuvchanlik nazorati va shovqinga yaxshi qarshilik tufayli kuchlanish qo'zg'alishidan ko'ra joriy qo'zg'alish afzalroqdir. Ushbu turdagi tarafkashlik usuli odatda past qarshilik qiymatlari bo'lgan RTD yoki termistorlar uchun ishlatiladi. Shu bilan birga, yuqori qarshilik qiymatiga va yuqori sezuvchanlikka ega bo'lgan termistor uchun har bir harorat o'zgarishi natijasida hosil bo'lgan signal darajasi kattaroq bo'ladi, shuning uchun kuchlanish qo'zg'alishi ishlatiladi. Misol uchun, 10 kŌ termistor 25 ° C da 10 kŌ qarshilikka ega. -50 ° C da NTC termistorining qarshiligi 441,117 kŌ ni tashkil qiladi. AD7124-4/AD7124-8 tomonidan taqdim etilgan 50 µA minimal haydovchi oqimi 441,117 kŌ × 50 µA = 22 V ni hosil qiladi, bu juda yuqori va ushbu dastur sohasida ishlatiladigan ko‘pgina mavjud ADClarning ishlash doirasidan tashqarida. Termistorlar ham odatda ulanadi yoki elektronika yaqinida joylashgan, shuning uchun haydovchi oqimga qarshi immunitet talab qilinmaydi.
Sensorli rezistorni kuchlanishni ajratuvchi sxema sifatida ketma-ket qo'shish termistor orqali oqimni minimal qarshilik qiymatiga cheklaydi. Ushbu konfiguratsiyada RSENSE sezgir qarshiligining qiymati 25 ° C mos yozuvlar haroratida termistor qarshiligining qiymatiga teng bo'lishi kerak, shuning uchun chiqish kuchlanishi nominal haroratda mos yozuvlar kuchlanishining o'rta nuqtasiga teng bo'ladi. 25 ° CC Xuddi shunday, agar 25 ° C da 10 kŌ qarshilikka ega 10 kŌ termistor ishlatilsa, RSENSE 10 kŌ bo'lishi kerak. Harorat o'zgarganda, NTC termistorining qarshiligi ham o'zgaradi va termistordagi qo'zg'alish kuchlanishining nisbati ham o'zgaradi, natijada chiqish kuchlanishi NTC termistorining qarshiligiga mutanosib bo'ladi.
Agar termistorni va/yoki RSENSEni quvvatlantirish uchun tanlangan kuchlanish moslamasi o'lchash uchun foydalanilgan ADC mos yozuvlar kuchlanishiga mos kelsa, tizim ratsional o'lchovga o'rnatiladi (7-rasm), shuning uchun har qanday qo'zg'alish bilan bog'liq xato kuchlanish manbasini olib tashlash uchun noaniq bo'ladi.
Shuni esda tutingki, sezuvchi rezistor (kuchlanish bilan boshqariladigan) yoki mos yozuvlar rezistori (oqim bilan boshqariladigan) past boshlang'ich bardoshlik va past driftga ega bo'lishi kerak, chunki ikkala o'zgaruvchi ham butun tizimning aniqligiga ta'sir qilishi mumkin.
Bir nechta termistorlardan foydalanilganda, bitta qo'zg'alish kuchlanishidan foydalanish mumkin. Biroq, shaklda ko'rsatilganidek, har bir termistor o'zining aniq sezgir qarshiligiga ega bo'lishi kerak. 8. Yana bir variant - tashqi multipleksor yoki past qarshilikli kalitni yoqilgan holatda ishlatishdir, bu esa bitta aniq sensorli rezistorni almashish imkonini beradi. Ushbu konfiguratsiya bilan har bir termistor o'lchanganida biroz turish vaqti kerak.
Xulosa qilib aytganda, termistorga asoslangan haroratni o'lchash tizimini loyihalashda ko'plab savollarni ko'rib chiqish kerak: sensorni tanlash, sensorli simlar, komponentlarni tanlash almashinuvi, ADC konfiguratsiyasi va bu turli o'zgaruvchilar tizimning umumiy aniqligiga qanday ta'sir qiladi. Ushbu seriyadagi keyingi maqola maqsadli ishlashga erishish uchun tizim dizaynini va umumiy tizim xatosi byudjetini qanday optimallashtirishni tushuntiradi.
Yuborilgan vaqt: 2022 yil 30-sentabr