Ĉi tiu estas la unua artikolo en du-parta serio. Ĉi tiu artikolo unue diskutos pri la historio kaj projektaj defioj determistor-bazita temperaturoMezuraj sistemoj, same kiel ilia komparo kun rezistaj termometroj (RTD) temperatur -sistemoj. Ĝi ankaŭ priskribos la elekton de termistoro, agordaj kompromisoj kaj la gravecon de Sigma-Delta analogaj-ciferecaj konvertiloj (ADCoj) en ĉi tiu aplika areo. La dua artikolo detaligos kiel optimumigi kaj taksi la finan mezurilan sistemon.
Kiel priskribite en la antaŭa artikola serio, optimumigante RTD -temperatur -sensilajn sistemojn, RTD estas rezistilo kies rezisto varias kun temperaturo. Termistoroj funkcias simile al RTDS. Male al RTDS, kiuj havas nur pozitivan temperatur -koeficienton, termistoro povas havi pozitivan aŭ negativan temperatur -koeficienton. Negativaj temperaturaj koeficientaj (NTC) termistoroj malpliigas sian reziston dum la temperaturo altiĝas, dum pozitivaj temperaturaj koeficientaj (PTC) termistoroj pliigas sian reziston dum la temperaturo altiĝas. Sur fig. 1 montras la respondajn trajtojn de tipaj NTC kaj PTC -termistoroj kaj komparas ilin al RTD -kurboj.
Koncerne temperaturon, la RTD -kurbo estas preskaŭ lineara, kaj la sensilo kovras multe pli larĝan temperaturintervalon ol termistoroj (tipe -200 ° C ĝis +850 ° C) pro la ne -linia (eksponenta) naturo de la termistoro. RTDoj estas kutime provizitaj en konataj normigitaj kurboj, dum termistoraj kurboj varias de fabrikanto. Ni diskutos ĉi tion detale en la sekcio pri Selektado de Termistor -Gvidilo de ĉi tiu artikolo.
Termistoroj estas faritaj el kunmetitaj materialoj, kutime ceramikaĵoj, polimeroj aŭ semikonduktaĵoj (kutime metalaj oksidoj) kaj puraj metaloj (plateno, nikelo aŭ kupro). Termistoroj povas detekti temperaturŝanĝojn pli rapide ol RTDS, provizante pli rapidajn retrosciojn. Tial termistoroj estas ofte uzataj de sensiloj en aplikoj, kiuj postulas malaltan koston, malgrandan grandecon, pli rapidan respondon, pli altan sentivecon, kaj limigitan temperaturintervalon, kiel elektronika kontrolo, hejma kaj konstrua kontrolo, sciencaj laboratorioj aŭ malvarma junta kompenso por termokupoj en komercaj aŭ industriaj aplikoj. celoj. Aplikoj.
Plejofte, NTC -termistoroj estas uzataj por preciza mezurado de temperaturo, ne PTC -termistoroj. Iuj PTC -termistoroj estas haveblaj, kiuj povas esti uzataj en superkurentaj protektaj cirkvitoj aŭ kiel restarigitaj fandoj por sekurecaj aplikoj. La rezisto-temperatura kurbo de PTC-termistoro montras tre malgrandan NTC-regionon antaŭ ol atingi la ŝaltilan punkton (aŭ Curie-punkton), super kiu la rezisto leviĝas akre per pluraj ordoj de grando en la gamo de pluraj gradoj Celsius. Sub superkurentaj kondiĉoj, la PTC-termistoro generos fortan mem-hejtadon kiam la ŝaltila temperaturo estos superita, kaj ĝia rezisto pliiĝos akre, kio reduktos la enigan kurenton al la sistemo, tiel malebligante damaĝon. La ŝaltila punkto de PTC -termistoroj estas tipe inter 60 ° C kaj 120 ° C kaj ne taŭgas por kontroli temperatur -mezuradojn en vasta gamo de aplikoj. Ĉi tiu artikolo fokusas pri NTC -termistoroj, kiuj povas tipe mezuri aŭ monitori temperaturojn, kiuj iras de -80 ° C ĝis +150 ° C. NTC -termistoroj havas rezistajn taksojn, kiuj iras de kelkaj ohmoj ĝis 10 MΩ je 25 ° C. Kiel montrite en Fig. 1, la ŝanĝo de rezisto per grado Celsius por termistoroj estas pli prononcita ol por rezistaj termometroj. Kompare kun termistoroj, la alta sentiveco de la termistoro kaj alta rezista valoro simpligas ĝian enigan cirkviton, ĉar termistoroj ne bezonas ian specialan kablan agordon, kiel 3-drataj aŭ 4-drataj, por kompensi plumban reziston. La termistora dezajno uzas nur simplan 2-dratan agordon.
Altpreciza termistor-bazita temperatur-mezurado postulas precizan signalan prilaboron, analogan-al-ciferecan konvertiĝon, linealigon kaj kompenson, kiel montrite en FIG. 2.
Kvankam la signalĉeno povas ŝajni simpla, ekzistas pluraj kompleksecoj, kiuj influas la grandecon, koston kaj agadon de la tuta plako. La Precision ADC-biletujo de ADI inkluzivas plurajn integritajn solvojn, kiel la AD7124-4/AD7124-8, kiuj donas kelkajn avantaĝojn por termika sistemo-projektado ĉar plej multaj el la konstruaĵoj necesaj por aplikaĵo estas enkonstruitaj. Tamen, ekzistas diversaj defioj en projektado kaj optimumigo de termistor-bazitaj temperatur-mezuraj solvoj.
Ĉi tiu artikolo diskutas ĉiun el ĉi tiuj aferoj kaj donas rekomendojn por solvi ilin kaj plue simpligi la projektan procezon por tiaj sistemoj.
Estas ampleksa vario deNTC -termistorojSur la merkato hodiaŭ, do elekti la ĝustan termistoron por via apliko povas esti timiga tasko. Notu, ke termistoroj estas listigitaj per sia nominala valoro, kiu estas ilia nominala rezisto je 25 ° C. Sekve, 10 kΩ -termistoro havas nominalan reziston de 10 kΩ je 25 ° C. Termistoroj havas nominalajn aŭ bazajn rezistajn valorojn, kiuj iras de kelkaj ohmoj ĝis 10 MΩ. Termistoroj kun malaltaj rezistaj rangigoj (nominala rezisto de 10 kΩ aŭ malpli) tipe subtenas pli malaltajn temperatur -gamojn, kiel -50 ° C ĝis +70 ° C. Termistoroj kun pli altaj rezistaj taksoj povas rezisti temperaturojn ĝis 300 ° C.
La termistora elemento estas farita el metala rusto. Termistoroj estas haveblaj en pilkaj, radiaj kaj SMD -formoj. Termistoraj bidoj estas epoksaj tegitaj aŭ vitraj enkapsuligitaj por aldona protekto. Epoksaj tegitaj pilkaj termistoroj, radiaj kaj surfacaj termistoroj taŭgas por temperaturoj ĝis 150 ° C. Vitraj bidaj termistoroj taŭgas por mezuri altajn temperaturojn. Ĉiuj specoj de tegaĵoj/pakaĵoj ankaŭ protektas kontraŭ korodo. Iuj termistoroj ankaŭ havos pliajn loĝejojn por aldonita protekto en severaj medioj. BEAD -termistoroj havas pli rapidan respondan tempon ol radiaj/SMD -termistoroj. Tamen ili ne estas tiel daŭraj. Tial la tipo de termistoro uzata dependas de la fina apliko kaj de la medio en kiu troviĝas la termistoro. La longtempa stabileco de termistoro dependas de ĝia materialo, pakaĵo kaj dezajno. Ekzemple, epoxy-tegita NTC-termistoro povas ŝanĝi 0,2 ° C jare, dum sigelita termistoro nur ŝanĝas 0,02 ° C jare.
Termistoroj venas en malsama precizeco. Normaj termistoroj tipe havas precizecon de 0,5 ° C ĝis 1,5 ° C. La termistora rezista takso kaj beta -valoro (rilatumo de 25 ° C ĝis 50 ° C/85 ° C) havas toleremon. Notu, ke la beta -valoro de la termistoro varias laŭ fabrikanto. Ekzemple, 10 kΩ NTC -termistoroj de diversaj fabrikantoj havos malsamajn beta -valorojn. Por pli precizaj sistemoj, termistoroj kiel la Omega ™ 44xxx -serio povas esti uzataj. Ili havas precizecon de 0,1 ° C aŭ 0,2 ° C super temperaturo de 0 ° C ĝis 70 ° C. Tial la gamo de temperaturoj mezureblaj kaj la precizeco bezonata super tiu temperaturo -gamo determinas ĉu termistoroj taŭgas por ĉi tiu apliko. Bonvolu noti, ke ju pli alta estas la precizeco de la serio Omega 44xxx, des pli alta estas la kosto.
Por konverti reziston al gradoj Celsius, la beta -valoro estas kutime uzata. La beta -valoro estas determinita sciante la du temperaturpunktojn kaj la respondan reziston ĉe ĉiu temperaturpunkto.
RT1 = Temperatura Rezisto 1 RT2 = Temperatura Rezisto 2 T1 = Temperaturo 1 (K) T2 = Temperaturo 2 (K)
La uzanto uzas la beta -valoron plej proksime al la temperaturintervalo uzata en la projekto. Plej multaj termistoraj datumfolioj listigas beta -valoron kune kun rezista toleremo je 25 ° C kaj toleremon por la beta -valoro.
Pli altaj precizaj termistoroj kaj altaj precizaj finaj solvoj kiel la Omega 44xxx-serio uzas la ekvacion Steinhart-HART por konverti reziston al gradoj Celsius. Ekvacio 2 postulas la tri konstantojn A, B, kaj C, denove provizitaj de la fabrikanto de sensiloj. Ĉar la ekvacio -koeficientoj estas generitaj uzante tri temperaturpunktojn, la rezulta ekvacio minimumigas la eraron enkondukitan per lineareco (tipe 0,02 ° C).
A, B kaj C estas konstantoj derivitaj de tri temperaturpunktoj. R = termistora rezisto en ohmoj t = temperaturo en K -gradoj
Sur fig. 3 montras la nunan ekscitiĝon de la sensilo. Drive -kurento aplikiĝas al la termistoro kaj la sama kurento aplikiĝas al la preciza rezistilo; Preciza rezistilo estas uzata kiel referenco por mezurado. La valoro de la referenca rezistilo devas esti pli granda aŭ egala al la plej alta valoro de la termistora rezisto (depende de la plej malalta temperaturo mezurita en la sistemo).
Kiam oni elektas la ekscitan kurenton, oni devas konsideri la maksimuman reziston de la termistoro. Ĉi tio certigas, ke la tensio trans la sensilo kaj la referenca rezistilo ĉiam estas je nivelo akceptebla por la elektroniko. La kampa aktuala fonto postulas iom da ĉambro aŭ elira kongruo. Se la termistoro havas altan reziston ĉe la plej malalta mezurebla temperaturo, tio rezultigos tre malaltan veturadon. Tial la tensio generita trans la termistoro ĉe alta temperaturo estas malgranda. Programeblaj gajnaj stadioj povas esti uzataj por optimumigi la mezuradon de ĉi tiuj malaltnivelaj signaloj. Tamen, la gajno devas esti programita dinamike ĉar la signalnivelo de la termistoro varias multe kun temperaturo.
Alia eblo estas agordi la gajnon sed uzi dinamikan veturan kurenton. Tial, ĉar la signalnivelo de la termistoro ŝanĝiĝas, la funkcia aktuala valoro ŝanĝiĝas dinamike tiel ke la tensio disvolviĝis tra la termistoro estas ene de la specifita eniga gamo de la elektronika aparato. La uzanto devas certigi, ke la tensio disvolvita tra la referenca rezistilo estas ankaŭ je nivelo akceptebla por la elektroniko. Ambaŭ opcioj postulas altan kontrolon, konstantan monitoradon de la tensio tra la termistoro tiel ke la elektroniko povas mezuri la signalon. Ĉu estas pli facila eblo? Pripensu tensian ekscitiĝon.
Kiam DC -tensio estas aplikata al la termistoro, la kurento tra la termistoro aŭtomate skalas dum la rezisto de la termistoro ŝanĝiĝas. Nun, uzante precizecon mezurantan rezistilon anstataŭ referencan rezistilon, ĝia celo estas kalkuli la kurenton fluantan tra la termistoro, tiel permesante kalkuli la termistoron. Ĉar la veturado -tensio ankaŭ estas uzata kiel la ADC -referenca signalo, neniu gajno -stadio estas bezonata. La procesoro ne havas la laboron monitori la termistor -tension, determinante ĉu la signalnivelo povas esti mezurita per la elektroniko, kaj kalkuli kian veturan gajnon/aktualan valoron bezonas ĝustigi. Jen la metodo uzata en ĉi tiu artikolo.
Se la termistoro havas malgrandan rezistan takson kaj rezistan gamon, tensio aŭ aktuala ekscitiĝo povas esti uzataj. En ĉi tiu kazo, la veturado kaj gajno povas esti riparitaj. Tiel, la cirkvito estos kiel montrita en Figuro 3. Ĉi tiu metodo estas oportuna, ke eblas kontroli la kurenton per la sensilo kaj la referenca rezistilo, kiu estas valora en malaltaj potencaj aplikoj. Krome, mem-hejtado de la termistoro estas minimumigita.
Tensio -ekscitiĝo ankaŭ povas esti uzata por termistoroj kun malaltaj rezistaj taksoj. Tamen la uzanto devas ĉiam certigi, ke la kurento per la sensilo ne estas tro alta por la sensilo aŭ apliko.
Tensio -ekscitiĝo simpligas efektivigon kiam vi uzas termistoron kun granda rezista takso kaj larĝa temperaturintervalo. Pli granda nominala rezisto provizas akcepteblan nivelon de taksita kurento. Tamen, projektistoj bezonas certigi, ke la kurento estas akceptebla nivelo super la tuta temperaturintervalo subtenata de la apliko.
Sigma-Delta ADCS ofertas plurajn avantaĝojn kiam projektas mezurilan sistemon de termistoro. Unue, ĉar la Sigma-Delta ADC resumas la analogan enigon, ekstera filtrado estas minimuma kaj la sola postulo estas simpla RC-filtrilo. Ili provizas flekseblecon en filtrila tipo kaj elira baud -indico. Enkonstruita cifereca filtrado povas esti uzata por subpremi ajnan enmiksiĝon en funkciigitajn aparatojn. 24-bitaj aparatoj kiel la AD7124-4/AD7124-8 havas plenan rezolucion de ĝis 21,7 bitoj, do ili donas altan rezolucion.
La uzo de Sigma-Delta ADC tre simpligas la termistor-projekton dum reduktado de specifo, sistema kosto, tabula spaco kaj tempo por surmerkatigi.
Ĉi tiu artikolo uzas la AD7124-4/AD7124-8 kiel la ADC ĉar ili estas malalta bruo, malalta kurento, precizaj ADCoj kun enkonstruita PGA, enkonstruita referenco, analoga enigo kaj referenca bufro.
Sendepende, ĉu vi uzas veturan kurenton aŭ veturan tension, oni rekomendas ratiometrian agordon, en kiu la referenca tensio kaj sensilo -tensio venas de la sama stirado. Ĉi tio signifas, ke iu ajn ŝanĝo en la ekscita fonto ne influos la precizecon de la mezurado.
Sur fig. 5 montras la konstantan veturan kurenton por la termistoro kaj preciza rezistilo RREF, la tensio disvolvita trans RREF estas la referenca tensio por mezuri la termistoron.
La kampo -kurento ne bezonas esti preciza kaj povas esti malpli stabila ĉar iuj eraroj en la kampa kurento estos forigitaj en ĉi tiu agordo. Ĝenerale, aktuala ekscitiĝo estas preferita super tensia ekscitiĝo pro supera sentiveca kontrolo kaj pli bona brua imuneco kiam la sensilo situas en foraj lokoj. Ĉi tiu tipo de biasa metodo estas tipe uzata por RTDS aŭ termistoroj kun malaltaj rezistaj valoroj. Tamen, por termistoro kun pli alta rezista valoro kaj pli alta sentiveco, la signalnivelo generita de ĉiu temperaturŝanĝo estos pli granda, do oni uzas tensian ekscitiĝon. Ekzemple, 10 kΩ -termistoro havas reziston de 10 kΩ je 25 ° C. Je -50 ° C, la rezisto de la NTC -termistoro estas 441.117 kΩ. La minimuma veturado de 50 µA provizita de la AD7124-4/AD7124-8 generas 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, kiu estas tro alta kaj ekster la operacia gamo de plej disponeblaj ADCoj uzataj en ĉi tiu aplika areo. Termistoroj ankaŭ estas kutime konektitaj aŭ lokitaj proksime de la elektroniko, do ne necesas imuneco por funkciigi kurenton.
Aldoni sensan rezistilon en serio kiel tensia dividanta cirkvito limigos la kurenton tra la termistoro al ĝia minimuma rezista valoro. En ĉi tiu agordo, la valoro de la senco -rezistilo RSENSE devas esti egala al la valoro de la termistora rezisto ĉe referenca temperaturo de 25 ° C, tiel ke la elira tensio egalos al la mezpunkto de la referenca tensio ĉe ĝia nominala temperaturo de 25 ° CC simile, se 10 KΩ -subregistaro kun 10 ° C estas 10 ° C? Ĉar la temperaturo ŝanĝiĝas, la rezisto de la NTC -termistoro ankaŭ ŝanĝiĝas, kaj la rilatumo de la veturado -tensio tra la termistoro ankaŭ ŝanĝiĝas, rezultigante la elira tensio proporcia al la rezisto de la NTC -termistoro.
Se la elektita tensia referenco uzata por funkciigi la termistoron kaj/aŭ rsense kongruas kun la ADC-referenca tensio uzata por mezurado, la sistemo estas agordita al ratiometria mezurado (Figuro 7) tiel ke iu ajn ekscitita erara tensia fonto estos flikita por forigi.
Notu, ke aŭ la senco -rezistilo (tensio movita) aŭ la referenca rezistilo (aktuala movita) devas havi malaltan komencan toleremon kaj malaltan drivon, ĉar ambaŭ variabloj povas influi la precizecon de la tuta sistemo.
Kiam vi uzas multoblajn termistorojn, unu ekscita tensio povas esti uzata. Tamen, ĉiu termistoro devas havi sian propran precizan sensan rezistilon, kiel montras FIG. 8. Alia eblo estas uzi eksteran multiplexilon aŭ malalt-rezistan ŝaltilon en la ON-stato, kio permesas dividi unu precizan sencan rezistilon. Kun ĉi tiu agordo, ĉiu termistoro bezonas iom da fiksa tempo kiam mezurita.
En resumo, kiam oni projektas termistor-bazitan temperatur-mezuran sistemon, estas multaj demandoj por konsideri: sensilo-selektado, sensilo-kablado, kompromisaj elektoj, ADC-agordo kaj kiel ĉi tiuj diversaj variabloj influas la ĝeneralan precizecon de la sistemo. La sekva artikolo en ĉi tiu serio klarigas kiel optimumigi vian sisteman projektadon kaj ĝeneralan sisteman eraran buĝeton por atingi vian celan agadon.
Afiŝotempo: Sep-30-2022