Hau da bi zatiko serieko lehen artikulua. Artikulu honek lehenik eta behin historia eta diseinuaren erronkak eztabaidatuko dituTermistoren araberako tenperaturaNeurtzeko sistemak, baita erresistentzia termometroarekin (RTD) tenperatura neurtzeko sistemekin konparatzea ere. Aplikazio-eremu honetan termistoren, konfigurazio-ohituren eta sigma-delta analogiko-digitalen (ADC) aukera ere deskribatuko du aplikazioen eremu honetan. Bigarren artikuluak azken termistoreen oinarritutako neurketa sistema nola optimizatu eta ebaluatu beharko du.
Aurreko artikuluko seriean deskribatu den bezala, RTD tenperatura sentsorearen sistemak optimizatzea, RTD bat erresistentzia tenperaturarekin aldatu egiten da. Termistek RTDS-era ere funtzionatzen dute. RTDS-k, tenperatura koefiziente positiboa baino ez dutenak ez bezala, termistore batek tenperatura koefiziente positiboa edo negatiboa izan dezake. Tenperaturaren koefiziente negatiboak (NTC) termistoreek erresistentzia gutxitzen dute tenperatura igo ahala, tenperatura koefiziente positiboak (PTC) tenperatura igo ahala erresistentzia handitzen duten bitartean. Fig. 1ek NTC eta PTC termistore tipikoen erantzunaren ezaugarriak erakusten ditu eta RTD kurbak bihurtzen ditu.
Tenperatura-barruti dagokienez, RTD kurba ia lineala da, eta sentsoreak termistoreak (normalean -200 ºC-tik ez + 850 ºC) baino tenperatura-tarte zabalagoa hartzen du. RTDs normalean kurba normalizatu ezagunetan ematen dira, eta, berriz, termistoren kurbak fabrikatzaileak aldatu egiten dira. Artikulu honen Termistor Hautaketa Gida atalean zehatz-mehatz eztabaidatuko dugu hau.
Termistoreak material konposatuekin, normalean zeramikak, polimikoak edo erdieroaleak (normalean metalezko oxidoak) eta metal hutsak (platinoa, nikela edo kobrea) dira. Termistek RTDS baino azkarrago antzeman dezakete tenperatura aldaketak, feedback azkarragoa eskainiz. Hori dela eta, termistoreak ohiko kostu baxuak, tamaina txikikoak, erantzun azkarragoa, sentsibilitate handiagoa eta tenperatura mugatua dituzten aplikazioetan erabiltzen dira. edo aplikazio industrialak. helburuak. Eskaerak.
Gehienetan, NTC termistoreak tenperatura neurtzeko, ez PTC termistoreak egiteko erabiltzen dira. PTC termistor batzuk eskuragarri daude, gainbehera babesteko zirkuituetan edo segurtasun-aplikazioetarako fusible berriezinez erabil daitezkeenak. PTC termistore baten erresistentzia-tenperaturaren kurbak NTC eskualde oso txikia erakusten du etengabeko puntura (edo Curie Point) iritsi aurretik, eta horretarako erresistentzia nabarmen igo da hainbat maila Celsius-eko hainbat gradutan. Jaitsitako baldintzetan, PTC termistorrek auto-berotze sendoa sortuko dute etengabeko tenperatura gainditzen denean, eta haren erresistentzia nabarmen igoko da, eta horrek sistemaren sarrerako korrontea murriztuko du eta, horrela, kalteak ekiditen ditu. PTC termistoreen aldatzeko puntua 60 ° C eta 120 ºC artean dago normalean eta ez da egokia tenperatura neurketak aplikazio sorta zabal batean kontrolatzeko. Artikulu honek NTC termistors bideratzen du, normalean -80 ºC-tik + 150 ºC bitarteko tenperaturak neurtu edo kontrolatu ditzaketenak. NTC termistoriek erresistentzia-balorazioak dituzte, ohm º-ra 10 mω 25 ºC-ra bitartekoak. Irudian ikusten den bezala. 1, Termistorientzako Graduko Celsius erresistentziaren aldaketa nabarmenagoa da erresistentzia termometroak baino. Termistorekin alderatuta, termistorren sentsibilitate altua eta erresistentzia handiko balioak bere sarrerako zirkuituak sinplifikatzen ditu, termistoreek ez baitute kableatu konfigurazio berezirik behar, adibidez 3 alanbre edo 4 alanbre, berunen erresistentzia konpentsatzeko. Diseinu termistoreak 2 kablearen konfigurazio sinplea baino ez du erabiltzen.
Zehaztasun handiko termistoreen oinarritutako tenperatura neurtzeko seinale prozesaketa, analogiko-digital bihurketa, linearizazioa eta kalte-ordaina behar dira, irudian ikusten den moduan. 2.
Seinale katea erraza izan daitekeen arren, plaka osoaren tamaina, kostua eta errendimendua eragiten duten hainbat konplexutasun daude. ADIren zehaztasuneko ADC Portfolio-k hainbat irtenbide integratu biltzen ditu, ad7124-4 / AD7124-8 adibidez, sistema termikoaren diseinurako abantaila ugari eskaintzen dituztenak aplikazioetarako beharrezkoak diren eraikin bloke gehienak barneratuta baitaude. Hala ere, termistoreetan oinarritutako tenperatura neurtzeko soluzioak diseinatzeko eta optimizatzeko hainbat erronka daude.
Artikulu honek gai hauetako bakoitza eztabaidatzen du eta horiek konpontzeko gomendioak eskaintzen ditu eta horrelako sistemetarako diseinu prozesua errazten du.
Askotariko zabala dagoNTC termistoreakGaur egun merkatuan, beraz, zure aplikaziorako termistore egokia aukeratzea zeregin zoragarria izan daiteke. Kontuan izan termistoreak beren balio nominalaren arabera zerrendatzen direla, hau da, 25 ºC-tan duten erresistentzia nominala. Hori dela eta, 10 kω termistorrek 10 kiloko erresistentzia nominala du 25 ºC-tan. Termistek erresistentzia-balio nominalak edo oinarrizkoak dituzte ohms batzuk 10 mω-ra. Erresistentzia baxuko balorazioak dituzten termistoreak (10 k kω edo gutxiagoko erresistentzia nominala) normalean tenperatura baxuko tarteak onartzen dituzte, esaterako, -50 ° C eta 70 ° C-ra. Erresistentzia handiagoa duten balorazio termistek tenperaturak jasan ditzakete 300 ºC arte.
Termistor elementua oxido metalikoz egina dago. Termistariak baloia, erradial eta smd formetan eskuragarri daude. Termiko aleak epoxi estalitako epoxi edo beirak dira babes gehiagorako enkapsulatuta. Epoxi estalitako bola termistoreak, erradial eta gainazal termistoreak 150 ºC-ko tenperaturarako egokiak dira. Beiraren aleak termistoriak egokiak dira tenperatura altuak neurtzeko. Estaldura / ontzi mota guztiek ere korrosioaren aurka babesten dute. Zenbait termistorek ere etxebizitza osagarriak izango dituzte ingurune gogorretan babes gehigarria lortzeko. Bead termistek erantzun azkarragoa dute erradial / smd termistors baino. Hala ere, ez dira iraunkorrak. Beraz, termistore mota termistorretako amaierako aplikazioaren eta ingurumenaren araberakoa da. Termistore baten epe luzerako egonkortasuna bere materialaren, ontzien eta diseinuaren araberakoa da. Adibidez, Epoxi-estalitako NTC termistore batek urtean 0,2 ºC alda ditzake, eta termistore zigilatuak urtean 0,02 ºC aldatzen du.
Termistoreak zehaztasun desberdinetan datoz. Teristale estandarrek normalean 0,5 ºC-tik 1,5 ºC-ko zehaztasuna dute. Termistorren erresistentzia kalifikazioa eta beta balioa (25 ºC-ko 50 ºC-ko 50 ºC-ko ratioa) tolerantzia dute. Kontuan izan termistorraren beta balioa fabrikatzailearen arabera aldatu egiten dela. Adibidez, fabrikatzaile desberdinetako 10 kω NTC termistoriek beta-balio desberdinak izango dituzte. Sistema zehatzagoak lortzeko, Omega ™ 44xxx seriea bezalako termistoreak erabil daitezke. 0,1 ºC-ko 0,2 ºC-ko zehaztasuna dute 0 ºC-ko 70 ºC-ko tenperaturaren gainean. Hori dela eta, neurtu daitezkeen tenperatura eta tenperatura-tarte horretan behar den zehaztasunak zehazten du termistoriak aplikazio honetarako egokiak diren ala ez. Kontuan izan Omega 44xxx seriearen zehaztasun handiagoa, zenbat eta handiagoa izan kostala.
Celsius graduetarekiko erresistentzia bihurtzeko, beta balioa erabiltzen da normalean. Beta-balioa tenperatura puntu bakoitzean tenperatura puntu eta dagokion erresistentzia jakinda zehazten da.
RT1 = Tenperatura Erresistentzia 1 RT2 = Tenperatura Erresistentzia 2 T1 = Tenperatura 1 (k) T2 = Tenperatura 2 (k)
Erabiltzaileak proiektuan erabilitako tenperatura-barrutik hurbilen dagoen beta balioa erabiltzen du. Fitxa termistore gehienek beta-balioa zerrendatzen dute, 25 ºC-tan erresistentzia tolerantzia batekin eta beta-balioa duen tolerantzia.
Zehaztasun altuagoak eta zehaztasun handiko amaierako soluzioak, hala nola Omega 44xxx serieak, Steinhart-Hart ekuazioa erabiltzen dute Celsius tituluen erresistentzia bihurtzeko. 2. ekuazioak A, B eta C konstanteak behar ditu berriro sentsoreen fabrikatzaileak. Ekuazio koefizienteak hiru tenperatura puntu erabiliz sortzen direlako, ondorioz lortutako ekuazioak linealizazioek (normalean 0,02 ºC) sartutako errorea gutxitzen du.
A, B eta C tenperatura hiru azpiko puntuetatik eratorritako konstanteak dira. R = termistoren erresistentzia ohm t = tenperatura k graduetan
Fig. 3-k sentsorearen gaur egungo zirrara erakusten du. Gidatzeko korrontea termistorari aplikatzen zaio eta korronte bera zehaztasun erresistentziari aplikatzen zaio; Zehaztasunarekiko erresistentzia neurketa egiteko erreferentzia gisa erabiltzen da. Erreferentziako erresistentziaren balioa termistoren erresistentziaren balio altuenaren berdina edo berdina izan behar du (sisteman neurtutako tenperatura baxuenaren arabera).
Ilusio korrontea hautatzerakoan, termistorraren gehieneko erresistentzia berriro hartu behar da kontuan. Horrek bermatzen du sentsorearen eta erreferentziako erresistentziaren tentsioa beti dela elektronikarentzat onargarria dela. Eremuaren uneko iturriak buruko gela edo irteera bat dator. Termistorrek tenperatura neurgarria baxuenean erresistentzia handia badu, horrek oso disko korrontea lortuko du. Beraz, tenperatura altuan termistorrean sortutako tentsioa txikia da. Programazio-irabazi faseak maila baxuko seinale horien neurketa optimizatzeko erabil daitezke. Hala ere, irabazia modu dinamikoan programatu behar da termistorraren seinale maila asko aldatzen delako tenperaturarekin.
Beste aukera bat irabazia ezartzea da, baina disko korronte dinamikoa erabiltzea. Hori dela eta, termistorren seinalearen maila aldatzen da, unitateko uneko balioa dinamikoki aldatzen da, termistorrean garatutako tentsioa gailu elektronikoaren zehaztutako sarrera-barrutian dagoela. Erabiltzaileak ziurtatu behar du erreferentziako erresistentzian garatutako tentsioa elektronikarentzat onargarria dela. Bi aukerek kontrol maila altua behar dute termistorraren gaineko tentsioaren etengabeko jarraipena, elektronikak seinalea neurtzeko. Ba al dago aukera errazagoa? Kontuan hartu tentsioaren kitzikapena.
DC tentsioa termistorari aplikatzen zaionean, termistorraren bidez automatikoki termistorraren erresistentzia aldatzen da. Orain, erreferentziako erresistentziaren arabera, zehaztasunez neurtzeko erresistentzia erabilita, bere helburua termistorraren bidez korrontea kalkulatzea da, eta horrela termistorraren erresistentzia kalkulatu ahal izango da. Unitatearen tentsioa ADC erreferentziako seinale gisa ere erabiltzen denez, ez da irabazi fasea behar. Prozesadoreak ez du termistoren tentsioa kontrolatzeko lanik, seinale maila elektronikaren arabera neurtu daitekeen eta zer unitate irabazten / uneko balio egokitu behar den kalkulatuz. Artikulu honetan erabilitako metodoa da.
Termistorrek erresistentzia txikiko balorazioa eta erresistentzia-tartea baditu, tentsio edo kitzikapen ureztatua erabil daitezke. Kasu honetan, unitateko korrontea eta irabazia konpondu daitezke. Horrela, zirkuitua 3. irudian ikus daitekeen bezala izango da. Metodo hau komenigarria da posible dela uneko sentsorearen eta erreferentziako erresistentziaren bidez kontrolatzea, potentzia txikiko aplikazioetan baliotsua dena. Gainera, termistorraren auto-berotasuna minimizatzen da.
Tentsioaren kitzikapena erresistentzia baxuko balorazioekin ere erabil daiteke. Hala ere, erabiltzaileak beti ziurtatu behar du sentsorearen bidez ez dela oso altua sentsorearentzat edo aplikaziorako.
Tentsio kitzikapenak inplementazioa errazten du termistor bat erabiltzerakoan erresistentzia handiko balorazio handia eta tenperatura zabala erabiliz. Erresistentzia nominal handiagoak korrontearen maila onargarria eskaintzen du. Hala ere, diseinatzaileek ziurtatu behar dute korrontea aplikazioaren bidez onartzen den tenperatura-tarte osoan.
Sigma-Delta ADCS-ek hainbat abantaila eskaintzen ditu termistoren neurketa sistema diseinatzerakoan. Lehenik eta behin, Sigma-Delta ADC-k sarrera analogikoa gauzatzen duelako, kanpoko iragazkiak gutxienekoak izaten dira eta baldintza bakarra RC iragazki sinplea da. Iragazki mota eta irteerako baud tasa malgutasuna eskaintzen dute. Iragazketa digitala integratua erabil daiteke sare nagusien gailuetan interferentzia bat ezabatzeko. AD7124-4 / AD7124-8 bezalako 24 biteko gailuak, 21,7 bit arte bereizmen osoa dute, beraz bereizmen handia eskaintzen dute.
Sigma-Delta ADC-k erabiltzeak asko errazten du termistoren diseinua zehaztapena, sistemaren kostua, taula espazioa eta merkaturatzeko denbora murrizten dituen bitartean.
Artikulu honek AD7124-4 / AD7124-8 ADC gisa erabiltzen du, zarata baxua, korronte baxua, doitasun-ADCak direlako PGA integratua, erreferentzia analogikoa, sarrera analogikoa eta erreferentzia bufferra.
Unitateko uneko edo unitatearen tentsioa erabiltzen ari zaren ala ez, konfigurazio ratiometrikoa gomendatzen da, erreferentziako tentsioa eta sentsorearen tentsioa unitate iturri beretik datozen. Horrek esan nahi du kitzikapen iturriko edozein aldaketek ez dutela neurketaren zehaztasunik izango.
Fig. 5-k RREF termistaren eta zehaztasunaren aurkako korronte etengabea erakusten du, RREF-k garatutako tentsioa termistorea neurtzeko erreferentziazko tentsioa da.
Landa korrontea ez da zehatza izan behar eta egonkorra izan daiteke eremuko korrontearen akatsak konfigurazio honetan ezabatuko dira. Orokorrean, gaur egungo zirrara hobetsi da tentsioaren kitzikapenaren gainetik sentsibilitate kontrolaren kontrolaren eta zarata immunitate hobea dela eta sentsorea urruneko kokapenetan kokatzen denean. Bias metodo mota hau erresistentzia baxuko balioekin RTD edo termistorentzat erabiltzen da. Hala ere, erresistentzia-balio handiagoa eta sentsibilitate handiagoa duen termistor batentzat, tenperatura aldaketa bakoitzak sortutako seinale maila handiagoa izango da, beraz, tentsio kitzikapena erabiltzen da. Adibidez, 10 kω termistorrek 10 kilo-ko erresistentzia du 25 ºC-tan. -50 ºC-tan, NTC termistorraren erresistentzia 441.117 kω da. AD7124-4 / AD7124-8-k emandako 50 μ-ren gutxieneko korronteak 441.117 kω × 50 μa = 22 v sortzen ditu, aplikazioen eremu honetan erabilitako ADC eskuragarri gehien erabiltzen diren eta kanpokoa da. Termistoreak normalean konektatu edo kokatzen dira elektronikaren ondoan, beraz, korrontea ez da beharrezkoa immunitatea.
Tentsioko divider zirkuitu gisa serieko serieko erresistentziak gehitzeak termistorraren bidez mugatuko du termistoren bidez bere gutxieneko erresistentzia baliora. Konfigurazio horretan, RSENSE erresistentziaren zentzuaren balioa termistorren erresistentziaren balioaren berdina izan behar da 25 ºC-ko erreferentziazko tenperaturan, irteerako tentsioa erreferentziako tentsioaren erdialdearen berdina izango da bere tenperatura nominalean Era berean, 25 ° CC, 10 kω 25 ºC-ko erresistentzia duen 10 kω termistor bat erabiltzen bada, RSENSE 10 kω izan beharko litzateke. Tenperatura aldatu ahala, NTC termistorraren erresistentzia ere aldatzen da eta termistorraren gaineko unitatearen tentsioaren ratioa ere aldatzen da, eta ondorioz, irteerako tentsioa NTC termistorraren erresistentziarenarekiko proportzionala da.
Hautatutako tentsioaren erreferentzia termistorra eta / edo rsose erabiltzen da neurketarako erabilitako ADC erreferentziako tentsioarekin bat datorrenean, sistema neurketa ratiometrikoan ezarrita dago (7. irudia), kitzikapenarekin lotutako errore tentsio iturria kenduko da.
Kontuan izan zentzuzko erresistentziak (tentsio bideratutakoak) edo erreferentziako erresistentziak (gaur egungo bultzatuta) hasierako tolerantzia baxua eta deriba baxua izan behar dutela, bi aldagaiek sistema osoaren zehaztasunean eragina izan baitute.
Termista ugari erabiltzen dituzunean, kitzikapen tentsio bat erabil daiteke. Hala ere, termistore bakoitzak bere zehaztasun-zentzuaren erresistentziarekin izan behar du, irudian ikusten den bezala. 8. Beste aukera bat da kanpoko multiplexer edo erresistentzia baxuko etengailua erabiltzea estatuan, zehaztasun-zentzuarekiko erresistentzia partekatzea ahalbidetzen duena. Konfigurazio honekin, termistore bakoitzak neurtzen direnean finkatzeko denbora behar du.
Laburbilduz, termistoreetan oinarritutako tenperatura neurtzeko sistema diseinatzerakoan, kontuan hartu beharreko galdera ugari daude: sentsoreen hautaketa, sentsore kableatua, osagaien hautaketa-oharrak, ADC konfigurazioa eta hainbat aldagai horiek sistemaren zehaztasun orokorrean eragina dute. Multzo honetako hurrengo artikuluak zure sistemaren diseinua eta sistemaren errorearen aurrekontu orokorra nola optimizatu azaltzen du zure xede-errendimendua lortzeko.
Posta: 20122ko irailaren 30a