Bu iki bölümli seriýadaky ilkinji makala.Bu makalada ilki bilen taryhy we dizaýn kynçylyklary ara alnyp maslahatlaşylartermistor esasly temperaturaölçeg ulgamlary, şeýle hem garşylyk termometri (RTD) temperatura ölçeg ulgamlary bilen deňeşdirilmegi.Şeýle hem termistoryň saýlanylyşyny, konfigurasiýa söwdasyny we sigma-delta analog-sanly öwrüjileriň (ADC) bu amaly sebitdäki ähmiýetini beýan eder.Ikinji makalada termistora esaslanýan soňky ölçeg ulgamyny nädip optimizirlemeli we baha bermeli.
Öňki makala seriýasynda beýan edilişi ýaly, RTD temperatura datçik ulgamlaryny optimizirlemek, RTD garşylygy temperatura bilen üýtgeýän rezistordyr.Termistorlar RTD-ler ýaly işleýär.Diňe polo positiveitel temperatura koeffisiýenti bolan RTD-lerden tapawutlylykda termistor polo positiveitel ýa-da otrisatel temperatura koeffisiýentine eýe bolup biler.Ativearamaz temperatura koeffisiýenti (NTC) termistorlar, temperaturanyň ýokarlanmagy bilen garşylygyny peseldýär, polo positiveitel temperatura koeffisiýenti (PTC) termistorlar temperaturanyň ýokarlanmagy bilen garşylygy ýokarlandyrýarlar.Injirde.1 adaty NTC we PTC termistorlarynyň jogap aýratynlyklaryny görkezýär we olary RTD egrileri bilen deňeşdirýär.
Temperatura diapazony nukdaýnazaryndan, RTD egrisi çyzykly diýen ýalydyr we termistoryň çyzykly däl (ekspensial) tebigaty sebäpli datçik termistorlardan (adatça -200 ° C-den + 850 ° C) has giň temperatura diapazonyny öz içine alýar.RTD-ler adatça belli standartlaşdyrylan egrilerde berilýär, termistor egrileri öndürijiler tarapyndan üýtgeýär.Muny şu makalanyň termistor saýlama gollanma bölüminde jikme-jik ara alyp maslahatlaşarys.
Termistorlar birleşdirilen materiallardan, adatça keramika, polimer ýa-da ýarymgeçirijiler (köplenç metal oksidleri) we arassa metallardan (platina, nikel ýa-da mis) ýasalýar.Termistorlar has çalt seslenme berip, temperatura üýtgemelerini RTD-lerden has çalt kesgitläp bilerler.Şonuň üçin termistorlar adatça arzan bahaly, kiçi göwrümli, has çalt seslenme, has ýokary duýgurlyk we çäkli temperatura diapazonyny talap edýän programmalarda ulanylýar, meselem, elektroniki gözegçilik, öý we binany dolandyrmak, ylmy barlaghanalar ýa-da täjirçilik termokupllary üçin sowuk çatryk öwezini dolmak. ýa-da önümçilik goşundylary.maksatlary.Goýmalar.
Köplenç ýagdaýda NTC termistorlary PTC termistorlary däl-de, takyk temperaturany ölçemek üçin ulanylýar.Käbir PTC termistorlary bar, aşa gorag zynjyrlarynda ýa-da howpsuzlyk programmalary üçin üýtgedilip bilinýän predohranitellerde ulanylyp bilner.PTC termistorynyň garşylyk-temperatura egrisi, wyklýuçatel nokadyna (ýa-da Kýuri nokadyna) ýetmezden ozal gaty az NTC sebitini görkezýär, ýokarda garşylyk birnäçe dereje Selsiý aralygynda birnäçe ululyk buýrugy bilen ýokarlanýar.Artykmaç şertlerde, PTC termistory kommutasiýa temperaturasyndan ýokary bolanda güýçli öz-özüni gyzdyrar we garşylygy ep-esli ýokarlanar, bu ulgamyň giriş akymyny azaldar we şeýlelik bilen zeper ýetmeginiň öňüni alar.PTC termistorlarynyň kommutasiýa nokady adatça 60 ° C bilen 120 ° C arasynda bolup, amaly programmalaryň köpüsinde temperatura ölçeglerine gözegçilik etmek üçin amatly däl.Bu makala, adatça -80 ° C-den + 150 ° C çenli temperaturany ölçäp ýa-da gözegçilik edip bilýän NTC termistorlaryna ünsi jemleýär.NTC termistorlarynda garşylyk derejesi birnäçe ohmdan 10 MΩ çenli 25 ° C aralygynda bolýar.Injirde görkezilişi ýaly.1, termistorlar üçin garşylyk derejesiniň üýtgemegi, garşylyk termometrlerine garanyňda has aýdyň görünýär.Termistorlar bilen deňeşdirilende, termistoryň ýokary duýgurlygy we ýokary garşylyk gymmaty giriş zynjyryny ýönekeýleşdirýär, sebäbi termistorlar gurşun garşylygynyň öwezini dolmak üçin 3 simli ýa-da 4 simli ýörite sim konfigurasiýasyny talap etmeýär.Termistor dizaýnynda diňe ýönekeý 2 simli konfigurasiýa ulanylýar.
Takyk termistor esasly temperaturany ölçemek, injirde görkezilişi ýaly takyk signallary gaýtadan işlemegi, analogdan sanly öwrülişi, çyzyklylaşdyrmagy we öwezini dolmagy talap edýär.2.
Signal zynjyry ýönekeý ýaly görünse-de, tutuş anakartyň ululygyna, bahasyna we işleýşine täsir edýän birnäçe çylşyrymlylyk bar.ADI takyk ADC portfeli, ýylylyk ulgamynyň dizaýny üçin birnäçe artykmaçlygy üpjün edýän AD7124-4 / AD7124-8 ýaly birnäçe toplumlaýyn çözgütleri öz içine alýar, sebäbi bir programma üçin zerur gurluş bloklarynyň köpüsi gurulýar.Şeýle-de bolsa, termistora esaslanýan temperatura ölçeg çözgütlerini taslamakda we optimizirlemekde dürli kynçylyklar bar.
Bu makalada bu meseleleriň her biri ara alnyp maslahatlaşylýar we olary çözmek we şeýle ulgamlaryň dizaýn işini has ýönekeýleşdirmek üçin teklipler berilýär.
Dürli görnüşi barNTC termistorlaryşu gün bazarda, şonuň üçin programmaňyz üçin dogry termistory saýlamak gaty kyn mesele bolup biler.Termistorlaryň nominal bahasy boýunça sanalandygyny ýadyňyzdan çykarmaň, bu nominal garşylygy 25 ° C.Şonuň üçin 10 kΩ termistoryň nominal garşylygy 10 kΩ 25 ° C bolýar.Termistorlaryň nominal ýa-da esasy garşylyk bahalary birnäçe ohmdan 10 MΩ çenli.Pes garşylyk derejesi bolan terminallar (nominal garşylygy 10 kΩ ýa-da ondanam pes), adatça -50 ° C-den + 70 ° C ýaly pes temperatura aralyklaryny goldaýarlar.Has ýokary garşylyk derejesi bolan termistorlar 300 ° C çenli temperatura çydap bilýärler.
Termistor elementi metal oksidinden ýasalýar.Termistorlar top, radial we SMD şekillerinde bar.Termistor monjuklary epoksi örtülen ýa-da goşmaça gorag üçin gaplanan aýna.Epoksi örtülen top termistorlary, radial we ýerüsti termistorlar 150 ° C çenli temperatura üçin amatlydyr.Aýna monjuk termistorlary ýokary temperaturany ölçemek üçin amatlydyr.Örtükleriň / gaplamalaryň ähli görnüşleri poslama garşy goraýar.Käbir termistlerde agyr şertlerde goşmaça gorag üçin goşmaça jaýlar bolar.Monjuk termistorlarynyň radial / SMD termistorlaryndan has çalt jogap wagty bar.Şeýle-de bolsa, olar beýle çydamly däl.Şonuň üçin ulanylýan termistoryň görnüşi ahyrky ulanyşa we termistoryň ýerleşýän gurşawyna baglydyr.Termistoryň uzak möhletli durnuklylygy onuň materialyna, gaplanyşyna we dizaýnyna baglydyr.Mysal üçin, epoksi bilen örtülen NTC termistory ýylda 0,2 ° C üýtgäp biler, möhürlenen termistor bolsa ýylda 0.02 ° C üýtgeýär.
Termistorlar dürli takyklykda gelýär.Adaty termistorlar adatça 0,5 ° C-den 1,5 ° C çenli takyklyga eýe.Termistoryň garşylyk derejesi we beta bahasy (25 ° C-den 50 ° C / 85 ° C) çydamlylygy bar.Termistoryň beta bahasynyň öndüriji tarapyndan üýtgeýändigini unutmaň.Mysal üçin, dürli öndürijilerden 10 kΩ NTC termistory dürli beta bahalaryna eýe bolar.Has takyk ulgamlar üçin Omega ™ 44xxx seriýasy ýaly termistorlar ulanylyp bilner.0 ° C-den 70 ° C çenli aralykda 0,1 ° C ýa-da 0,2 ° C takyklygy bar.Şonuň üçin ölçenip boljak temperatura diapazony we şol temperatura aralygynda talap edilýän takyklyk termistorlaryň bu programma üçin laýykdygyny ýa-da ýokdugyny kesgitleýär.Omega 44xxx seriýasynyň takyklygy näçe ýokary bolsa, çykdajylaryň şonça ýokarydygyny ýadyňyzdan çykarmaň.
Garşylygy Selsiýa öwürmek üçin adatça beta bahasy ulanylýar.Beta bahasy iki temperatura nokadyny we her temperatura nokadynda degişli garşylygy bilmek bilen kesgitlenýär.
RT1 = Temperatura garşylygy 1 RT2 = Temperatura garşylygy 2 T1 = Temperatura 1 (K) T2 = Temperatura 2 (K)
Ulanyjy taslamada ulanylýan temperatura diapazonyna iň ýakyn beta bahasyny ulanýar.Termistor maglumat tablisalarynyň köpüsinde 25 ° C garşy çydamlylyk we beta bahasyna çydamlylyk bilen birlikde beta bahasy görkezilýär.
Omega 44xxx seriýasy ýaly has takyk termistorlar we ýokary takyklyk gutarmak çözgütleri, garşylygy Selsiýa öwürmek üçin Steinhart-Hart deňlemesini ulanýarlar.2-nji deňleme, sensor öndürijisi tarapyndan ýene-de üpjün edilen A, B we C üç yzygiderliligi talap edýär.Deňlik koeffisiýentleri üç temperatura nokadynyň kömegi bilen döredilýändigi sebäpli emele gelen deňleme çyzykly (adatça 0.02 ° C) girizilen ýalňyşlygy azaldýar.
A, B we C üç temperatura nokadyndan alnan yzygiderlilikdir.R = ohmlarda termistor garşylygy T = K derejesinde temperatura
Injirde.3 datçigiň häzirki tolgunmasyny görkezýär.Sürüji tok termistora ulanylýar we takyk rezistora şol bir tok ulanylýar;ölçemek üçin salgylanma hökmünde takyk rezistor ulanylýar.Salgy rezistorynyň bahasy termistor garşylygynyň iň ýokary bahasyndan uly bolmaly ýa-da deň bolmaly (ulgamda ölçenen iň pes temperatura baglylykda).
Tolgundyryjy tok saýlanylanda termistoryň iň ýokary garşylygy ýene-de göz öňünde tutulmalydyr.Bu datçigiň we salgylanma rezistorynyň üstündäki naprýa .eniýäniň elmydama elektronika üçin kabul ederlikli derejede bolmagyny üpjün edýär.Meýdanyň häzirki çeşmesi käbir baş otagyny ýa-da çykyş gabat gelmegini talap edýär.Termistoryň iň pes ölçenilip bilinýän temperaturada ýokary garşylygy bar bolsa, bu gaty pes hereketlendiriji tok döreder.Şonuň üçin termistoryň ýokary temperaturada emele gelen naprýa .eniýesi az.Bu pes derejeli signallary ölçemegi optimizirlemek üçin programmirläp boljak girdeji tapgyrlary ulanylyp bilner.Şeýle-de bolsa, girdeji dinamiki programmalaşdyrylmalydyr, sebäbi termistordan signal derejesi temperatura bilen gaty üýtgeýär.
Başga bir wariant, girdejini kesgitlemek, ýöne dinamiki disk tokyny ulanmak.Şonuň üçin termistordan signal derejesi üýtgänsoň, termistoryň üstünden ösen naprýa .eniýe elektron enjamyň kesgitlenen giriş çäginde bolar ýaly, sürüjiniň häzirki bahasy dinamiki üýtgeýär.Ulanyjy salgylanma rezistorynda ösen naprýa .eniýeniň hem elektronika üçin kabul ederlik derejesinde bolmagyny üpjün etmeli.Iki wariant hem ýokary derejeli gözegçilik, termistordaky naprýa .eniýäni yzygiderli gözegçilik etmegi talap edýär, şonuň üçin elektronika signaly ölçäp biler.Has aňsat warianty barmy?Naprýatageeniýe tolgunmasyna serediň.
Termistora DC naprýa .eniýesi ulanylanda, termistoryň garşylygy üýtgänsoň termistoryň üsti bilen tok awtomatiki usulda terezini alýar.Indi, salgylanma rezistorynyň ýerine takyk ölçeg rezistory ulanyp, onuň maksady termistordan akýan toky hasaplamak, şeýlelik bilen termistoryň garşylygyny hasaplamaga mümkinçilik berýär.Sürüjiniň naprýa .eniýesi ADC salgylanma signaly hökmünde hem ulanylýandygy sebäpli, girdeji tapgyry talap edilmeýär.Prosessoryň termistor naprýa .eniýesine gözegçilik etmek, signalyň derejesini elektronika bilen ölçäp boljakdygyny kesgitlemek we haýsy sürüjiniň girdejisini / häzirki bahasyny sazlamalydygyny hasaplamak işi ýok.Bu makalada ulanylýan usul.
Termistoryň kiçi garşylyk derejesi we garşylyk aralygy bar bolsa, naprýa .eniýe ýa-da tok tolgunmasy ulanylyp bilner.Bu ýagdaýda sürüjiniň toky we girdejisi düzedilip bilner.Şeýlelik bilen, zynjyr 3-nji suratda görkezilişi ýaly bolar. Bu usul amatly, sebäbi tok pes datçiklerde gymmatly bolan datçik we salgylanma rezistory arkaly dolandyrylyp bilner.Mundan başga-da, termistoryň öz-özüni gyzdyrmagy minimuma eltilýär.
Wolt tolgunmasy pes garşylyk derejesi bolan termistorlar üçin hem ulanylyp bilner.Şeýle-de bolsa, ulanyjy datçigiň ýa-da programma üçin datçigiň üsti bilen tokyň gaty ýokary däldigini hemişe üpjün etmeli.
Naprýatageeniýe tolgunmasy uly garşylyk derejesi we giň temperatura diapazony bolan termistory ulananyňyzda amala aşyrmagy aňsatlaşdyrýar.Has uly nominal garşylyk, bahalandyrylan tok derejesini kabul edýär.Şeýle-de bolsa, dizaýnerler, programma tarapyndan goldanýan ähli temperatura aralygynda tokyň kabul ederlikli derejede bolmagyny üpjün etmeli.
Sigma-Delta ADC-leri termistor ölçeg ulgamyny taslanda birnäçe artykmaçlygy hödürleýär.Birinjiden, “sigma-delta ADC” analog girişi täzeden alýandygy sebäpli, daşarky süzgüç az derejede saklanýar we ýeke-täk talap ýönekeý RC süzgüçidir.Süzgüç görnüşinde we çykaryş tizliginde çeýeligi üpjün edýär.Gurlan sanly süzgüç, tok bilen işleýän enjamlara islendik päsgelçiligi basyp ýatyrmak üçin ulanylyp bilner.AD7124-4 / AD7124-8 ýaly 24 bitli enjamlaryň doly çözgüdi 21,7 bit çenli, şonuň üçin ýokary çözgüt berýär.
“Sigma-delta ADC” -niň ulanylmagy, spesifikasiýany, ulgamyň bahasyny, tagtanyň ýerini we bazara çykmagyň wagtyny azaltmak bilen termistor dizaýnyny aňsatlaşdyrýar.
Bu makala AD7124-4 / AD7124-8 ADC hökmünde ulanýar, sebäbi pes ses, pes tok, içerki PGA bilen takyk ADC, içerki salgylanma, analog giriş we salgylanma buferi.
Sürüji tok ýa-da hereketlendiriji naprýa .eniýesini ulanýandygyňyza garamazdan, salgylanma naprýa .eniýesi we datçigiň naprýa .eniýesi şol bir sürüjiniň çeşmesinden gelýän ratiometrik konfigurasiýa maslahat berilýär.Bu, tolgunma çeşmesindäki islendik üýtgeşmäniň ölçeg takyklygyna täsir etmejekdigini aňladýar.
Injirde.5 termistor we takyk rezistor RREF üçin hemişelik hereketlendiriji tok görkezýär, RREF boýunça ösen naprýa .eniýe termistory ölçemek üçin salgy naprýa .eniýesidir.
Meýdanyň akymy takyk bolmaly däl we has az durnukly bolup biler, sebäbi bu konfigurasiýada meýdan togundaky islendik ýalňyşlyklar ýok ediler.Adatça, sensor uzak ýerlerde ýerleşende ýokary duýgurlyk gözegçiligi we has gowy ses immuniteti sebäpli naprýa .eniýe tolgunmasyndan has gowy görülýär.Iki taraplaýyn usul, adatça RTD ýa-da pes garşylykly termistorlar üçin ulanylýar.Şeýle-de bolsa, has ýokary garşylyk gymmaty we has ýokary duýgurlygy bolan termistor üçin, her temperaturanyň üýtgemegi netijesinde döredilen signal derejesi has uly bolar, şonuň üçin naprýa .eniýe tolgunmasy ulanylýar.Mysal üçin, 10 kΩ termistoryň 25 ° C-de 10 kΩ garşylygy bar.-50 ° C-de, NTC termistorynyň garşylygy 441.117 kΩ.AD7124-4 / AD7124-8 tarapyndan üpjün edilen 50 µA iň az hereketlendiriji tok 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V öndürýär, bu gaty ýokary we bu amaly sebitde ulanylýan iň köp ADC-leriň işleýiş çäginden daşarda.Termistorlar adatça elektronika birikdirilýär ýa-da ýerleşýär, şonuň üçin tok sürmek üçin immunitet talap edilmeýär.
Naprýatageeniýe bölüji zynjyr hökmünde yzygiderli bir rezistor goşmak, termistoryň üsti bilen toky iň pes garşylyk bahasyna çenli çäklendirer.Bu konfigurasiýada, RSENSE duýgur rezistoryň bahasy 25 ° C temperaturada termistor garşylygynyň bahasyna deň bolmaly, şonuň üçin çykyş naprýa nomeni nominal temperaturasynda salgy naprýa .eniýesiniň orta nokadyna deň bolar. 25 ° CC Şonuň ýaly-da, 25 ° C-de 10 kΩ garşylykly 10 kΩ termistor ulanylsa, RSENSE 10 kΩ bolmaly.Temperaturanyň üýtgemegi bilen, NTC termistorynyň garşylygy hem üýtgeýär we sürüjiniň naprýa .eniýesiniň termistora bolan gatnaşygy hem üýtgeýär, netijede çykyş naprýa .eniýesi NTC termistorynyň garşylygyna proporsional bolýar.
Termistory we / ýa-da RSENSE-ni işletmek üçin ulanylýan saýlanan naprýa .eniýe salgylanmasy ölçemek üçin ulanylýan ADC salgy naprýa .eniýesine gabat gelýän bolsa, ulgam ratiometrik ölçeg (7-nji surat) kesgitlener, şonuň üçin haýsydyr bir tolgunma bilen baglanyşykly ýalňyş naprýa sourceeniýa çeşmesini aýyrmak üçin ikitaraplaýyn bolar.
Duýgur rezistor (naprýatageeniýe bilen işleýän) ýa-da salgylanma rezistory (häzirki hereketlendiriji) pes başlangyç çydamlylygy we pes süýşmesi bolmalydyr, sebäbi iki üýtgeýji tutuş ulgamyň takyklygyna täsir edip biler.
Birnäçe termistor ulanylanda, bir tolgunma naprýa .eniýesi ulanylyp bilner.Şeýle-de bolsa, her termistoryň injirde görkezilişi ýaly öz takyklyk duýgusy bolmaly.8. Başga bir wariant, bir takyk duýgur rezistory paýlaşmaga mümkinçilik berýän daşarky multiplexer ýa-da pes garşylykly wyklýuçateli ulanmak.Bu konfigurasiýa bilen, her termistora ölçelende belli bir wagt gerek.
Gysgaça aýtsak, termistor esasly temperaturany ölçemek ulgamy taslanylanda, göz öňünde tutulmaly köp sorag bar: datçigi saýlamak, datçigiň simleri, komponentleri saýlamak söwdasy, ADC konfigurasiýasy we bu dürli üýtgeýjileriň ulgamyň umumy takyklygyna täsiri.Bu tapgyryň indiki makalasy, maksatly ýerine ýetirişiňize ýetmek üçin ulgam dizaýnyňyzy we umumy ulgam ýalňyş býudjetini nädip optimizirlemelidigini düşündirýär.
Iş wagty: 30-2022-nji sentýabr