Hau bi zatiko serie bateko lehen artikulua da.Artikulu honetan, lehenik eta behin, historiaren eta diseinuaren erronkei buruz eztabaidatuko datermistoreetan oinarritutako tenperaturaneurtzeko sistemak, baita termoerresistentziazko termometroekin (RTD) tenperatura neurtzeko sistemekin alderatzea ere.Era berean, termistorearen aukeraketa, konfigurazio-konpromisoak eta sigma-delta analogiko-digital bihurgailuek (ADC) duten garrantzia deskribatuko da aplikazio-eremu honetan.Bigarren artikuluan termistoreetan oinarritutako azken neurketa-sistema nola optimizatu eta ebaluatu azalduko da.
Aurreko artikuluen seriean deskribatu bezala, RTD Tenperatura Sentsore Sistemak optimizatuz, RTD bat tenperaturaren arabera aldatzen den erresistentzia bat da.Termistorrek RTDen antzera funtzionatzen dute.Tenperatura-koefiziente positiboa baino ez duten RTDak ez bezala, termistore batek tenperatura-koefiziente positiboa edo negatiboa izan dezake.Tenperatura-koefiziente negatiboek (NTC) termistoreek erresistentzia gutxitzen dute tenperatura igo ahala, eta tenperatura koefiziente positiboak (PTC) termistoreek erresistentzia handitzen dute tenperatura igo ahala.irudian.1. NTC eta PTC termistore tipikoen erantzun-ezaugarriak erakusten ditu eta RTD kurbekin alderatzen ditu.
Tenperatura-barrutiari dagokionez, RTD kurba ia lineala da, eta sentsoreak termistoreak baino tenperatura tarte askoz zabalagoa hartzen du (normalean -200 °C eta +850 °C) termistorearen izaera ez-lineala (esponentziala) dela eta.RTDak normalean kurba estandarizatu ezagunetan ematen dira, termistoreen kurbak fabrikatzaileen arabera aldatzen diren bitartean.Artikulu honetako termistorea aukeratzeko gida atalean zehatz-mehatz eztabaidatuko dugu.
Termistoreak material konposatuekin egiten dira, normalean zeramika, polimero edo erdieroaleak (normalean metal oxidoak) eta metal puruekin (platinoa, nikela edo kobrea).Termistoreek tenperatura aldaketak RTDak baino azkarrago hauteman ditzakete, feedback azkarragoa emanez.Hori dela eta, termistoreek kostu baxua, tamaina txikia, erantzun azkarragoa, sentsibilitate handiagoa eta tenperatura-tarte mugatua eskatzen duten aplikazioetan erabiltzen dira normalean, hala nola, elektronika kontrola, etxe eta eraikinen kontrola, laborategi zientifikoetan edo termopareetarako konpentsazio hotzen bidez. edo industria aplikazioak.helburuak.Aplikazioak.
Kasu gehienetan, NTC termistoreak tenperatura zehatzak neurtzeko erabiltzen dira, ez PTC termistoreak.PTC termistore batzuk eskuragarri daude, gainkorrontearen babes-zirkuituetan edo segurtasun-aplikazioetarako fusible berrezarrigarri gisa erabil daitezkeenak.PTC termistore baten erresistentzia-tenperatura kurbak NTC eskualde oso txiki bat erakusten du etenaldi puntura (edo Curie puntura) iritsi aurretik, eta horren gainetik erresistentzia asko igotzen da hainbat gradu Celsius-en tartean.Gehiegizko korronte baldintzetan, PTC termistoreak auto-berotze handia sortuko du konmutazio-tenperatura gainditzen denean, eta bere erresistentzia nabarmen igoko da, eta horrek sistemara sarrerako korrontea murriztuko du, kalteak saihestuz.PTC termistoreen etenketa-puntua 60 °C eta 120 °C artekoa izan ohi da eta ez da egokia aplikazio sorta zabaletan tenperatura-neurketak kontrolatzeko.Artikulu hau NTC termistoreetan zentratzen da, normalean -80 °C eta +150 °C bitarteko tenperaturak neurtu edo kontrola ditzaketenak.NTC termistoreek ohmio gutxi batzuetatik 10 MΩ-ra bitarteko erresistentzia dute 25 °C-tan.irudian ikusten den bezala.1, gradu Celsius bakoitzeko erresistentziaren aldaketa termistoreen erresistentzia termometroetarako baino nabarmenagoa da.Termistoreekin alderatuta, termistorearen sentsibilitate eta erresistentzia handiko balioak sarrerako zirkuitua sinplifikatzen dute, termistorek ez baitute kableatu konfigurazio berezirik behar, adibidez, 3 hari edo 4 hari, berunaren erresistentzia konpentsatzeko.Termistorearen diseinuak 2 harizko konfigurazio sinple bat besterik ez du erabiltzen.
Zehaztasun handiko termistoreetan oinarritutako tenperatura neurtzeak seinaleen prozesamendu zehatza, analogikotik digitalerako bihurketa, linealizazioa eta konpentsazioa behar ditu, irudian erakusten den moduan.2.
Seinale-katea sinplea dirudien arren, plaka osoaren tamaina, kostu eta errendimenduari eragiten dioten konplexutasun batzuk daude.ADIren zehaztasun ADC zorroak hainbat soluzio integratu ditu, hala nola AD7124-4/AD7124-8, sistema termikoen diseinurako abantaila ugari eskaintzen baitituzte, aplikazio baterako behar diren eraikuntza-bloke gehienak barneratuta baitaude.Hala ere, hainbat erronka daude termistoreetan oinarritutako tenperatura neurtzeko irtenbideak diseinatzeko eta optimizatzeko.
Artikulu honek arazo horietako bakoitzari buruz eztabaidatzen du eta horiek konpontzeko eta sistema horien diseinu-prozesua gehiago sinplifikatzeko gomendioak ematen ditu.
Barietate zabala dagoNTC termistoreakmerkatuan gaur egun, beraz, zure aplikaziorako termistore egokia aukeratzea lan izugarria izan daiteke.Kontuan izan termistoreak beren balio nominalaren arabera zerrendatzen direla, hau da, 25 °C-tan duten erresistentzia nominala.Beraz, 10 kΩ-ko termistore batek 10 kΩ-ko erresistentzia nominala du 25 °C-tan.Termistoreek ohmio gutxi batzuetatik 10 MΩ bitarteko erresistentzia balio nominalak edo oinarrizkoak dituzte.Erresistentzia baxuko balorazioak dituzten termistorrek (10 kΩ edo gutxiagoko erresistentzia nominala) normalean tenperatura tarte baxuagoak onartzen dituzte, hala nola -50 °C eta +70 °C.Erresistentzia maila altuagoa duten termistorrek 300 °C arteko tenperaturak jasan ditzakete.
Termistorearen elementua metal oxidoz egina dago.Termistoreak bola, radial eta SMD formatan daude eskuragarri.Termistore aleak epoxi estaliak edo beira kapsulatu dira babes gehiago lortzeko.Epoxi estalitako bola termistoreak, erradialak eta gainazaleko termistoreak 150 °C arteko tenperaturarako egokiak dira.Beirazko aleen termistoreak tenperatura altuak neurtzeko egokiak dira.Estaldura/ontzi mota guztiek korrosioaren aurka babesten dute.Termistore batzuek karkasa osagarriak ere izango dituzte ingurune gogorretan babes gehitzeko.Bead termistorrek erantzun-denbora azkarragoa dute radial/SMD termistoreek baino.Hala ere, ez dira hain iraunkorrak.Beraz, erabiltzen den termistore mota amaierako aplikazioaren eta termistorea dagoen ingurunearen araberakoa da.Termistore baten epe luzerako egonkortasuna bere materialaren, bilgarriaren eta diseinuaren araberakoa da.Adibidez, epoxiz estalitako NTC termistore batek urtean 0,2 °C alda dezake, zigilatutako termistore batek urtean 0,02 °C bakarrik aldatzen du.
Termistoreak zehaztasun desberdinekoak dira.Termistore estandarrek normalean 0,5 °C eta 1,5 °C arteko zehaztasuna dute.Termistorearen erresistentzia balorazioa eta beta balioak (25 °C eta 50 °C/85 °C arteko erlazioa) tolerantzia dute.Kontuan izan termistorearen beta balioa fabrikatzailearen arabera aldatzen dela.Adibidez, fabrikatzaile ezberdinetako 10 kΩ NTC termistorek beta balio desberdinak izango dituzte.Sistema zehatzagoak lortzeko, Omega™ 44xxx serie bezalako termistoreak erabil daitezke.0,1 °C edo 0,2 °C-ko zehaztasuna dute 0 °C eta 70 °C arteko tenperatura tartean.Hori dela eta, neurtu daitekeen tenperatura-barrutiak eta tenperatura-tarte horretan behar den zehaztasunak baldintzatzen du termistoreak aplikazio honetarako egokiak diren.Kontuan izan Omega 44xxx seriearen zehaztasuna zenbat eta handiagoa izan, orduan eta kostu handiagoa izango dela.
Erresistentzia gradu Celsius bihurtzeko, beta balioa erabili ohi da.Beta balioa bi tenperatura-puntu eta tenperatura-puntu bakoitzean dagokien erresistentzia ezagututa zehazten da.
RT1 = Tenperatura-erresistentzia 1 RT2 = Tenperatura-erresistentzia 2 T1 = Tenperatura 1 (K) T2 = Tenperatura 2 (K)
Erabiltzaileak proiektuan erabilitako tenperatura-tartetik hurbilen dagoen beta-balioa erabiltzen du.Termistoreen datu-orri gehienek beta balio bat ageri dute, 25 °C-ko erresistentzia-tolerantziarekin eta beta-balioarekin batera.
Zehaztasun handiagoko termistorrek eta zehaztasun handiko amaierako soluzioek, esate baterako, Omega 44xxx serieak Steinhart-Hart ekuazioa erabiltzen dute erresistentzia gradu Celsius bihurtzeko.2. ekuazioak A, B eta C hiru konstanteak behar ditu, berriro sentsorearen fabrikatzaileak emandakoak.Ekuazioaren koefizienteak hiru tenperatura-puntu erabiliz sortzen direnez, ondoriozko ekuazioak linealizazioak sartutako errorea minimizatzen du (normalean 0,02 °C).
A, B eta C hiru tenperatura-puntuetatik eratorritako konstanteak dira.R = termistorearen erresistentzia ohmiotan T = tenperatura K gradutan
irudian.3. irudiak sentsorearen egungo kitzikapena erakusten du.Disko-korrontea termistoreari aplikatzen zaio eta korronte bera doitasun-erresistentziari aplikatzen zaio;doitasun-erresistentzia erabiltzen da neurtzeko erreferentzia gisa.Erreferentzia-erresistentziaren balioak termistorearen erresistentziaren baliorik altuena baino handiagoa edo berdina izan behar du (sisteman neurtutako tenperatura baxuenaren arabera).
Kitzikapen-korrontea hautatzerakoan, berriz ere kontuan hartu behar da termistorearen erresistentzia maximoa.Honek sentsorearen eta erreferentziako erresistentziaren tentsioa elektronikarako onargarria den mailan dagoela ziurtatzen du.Eremuko korronte-iturburuak lekua edo irteera bat etortzea behar du.Termistoreak erresistentzia handia badu neur daitekeen tenperatura baxuenean, horrek disko-korronte oso baxua izango du.Beraz, tenperatura altuan termistorean sortzen den tentsioa txikia da.Irabazi-etapa programagarriak maila baxuko seinale horien neurketa optimizatzeko erabil daitezke.Hala ere, irabazia dinamikoki programatu behar da termistorearen seinale-maila tenperaturaren arabera asko aldatzen delako.
Beste aukera bat irabazia ezartzea da, baina disko-korronte dinamikoa erabiltzea.Hori dela eta, termistorearen seinale-maila aldatzen den heinean, unitatearen korrontearen balioa dinamikoki aldatzen da, termistorean garatutako tentsioa gailu elektronikoaren sarrera-eremu zehaztuaren barruan egon dadin.Erabiltzaileak ziurtatu behar du erreferentziako erresistentzian garatutako tentsioa elektronikarako onargarria den mailan dagoela ere.Bi aukerak kontrol maila altua eskatzen dute, termistorearen tentsioaren etengabeko monitorizazioa, elektronikak seinalea neurtu dezan.Ba al dago aukera errazagoa?Demagun tentsio kitzikapena.
DC tentsioa termistoreari aplikatzen zaionean, termistorearen bidezko korrontea automatikoki eskalatzen da termistorearen erresistentzia aldatzen den heinean.Orain, erreferentziazko erresistentzia baten ordez zehaztasun neurtzeko erresistentzia erabiliz, termistoretik igarotzen den korrontea kalkulatzea da bere helburua, horrela termistorearen erresistentzia kalkulatzea ahalbidetuz.Drive-tentsioa ADC erreferentzia-seinale gisa ere erabiltzen denez, ez da irabazi-etaparik behar.Prozesadoreak ez du termistorearen tentsioa kontrolatzeko lanik, elektronikak seinale-maila neurtu dezakeen ala ez zehaztea eta disko-irabazpena/korronte-balioa egokitu behar den kalkulatzea.Hau da artikulu honetan erabilitako metodoa.
Termistoreak erresistentzia balorazio eta erresistentzia tarte txikia baditu, tentsioa edo korronte kitzikapena erabil daiteke.Kasu honetan, disko-korrontea eta irabazia finkatu daitezke.Horrela, zirkuitua 3. Irudian erakusten den moduan izango da. Metodo hau komenigarria da sentsorearen eta erreferentziazko erresistentziaren bidez korrontea kontrolatzeko aukera baitago, potentzia txikiko aplikazioetan baliotsua dena.Gainera, termistorearen auto-berotzea gutxitu egiten da.
Tentsioaren kitzikapena erresistentzia baxua duten termistoreetarako ere erabil daiteke.Hala ere, erabiltzaileak beti ziurtatu behar du sentsorearen bidezko korrontea ez dela oso altua sentsorerako edo aplikaziorako.
Tentsioaren kitzikapenak inplementazioa errazten du erresistentzia balorazio handiko eta tenperatura-tarte zabaleko termistorea erabiltzean.Erresistentzia nominal handiagoak korronte nominalaren maila onargarria eskaintzen du.Hala ere, diseinatzaileek aplikazioak onartzen duen tenperatura-tarte osoan korrontea maila onargarrian dagoela ziurtatu behar dute.
Sigma-Delta ADCek hainbat abantaila eskaintzen dituzte termistoreak neurtzeko sistema diseinatzerakoan.Lehenik eta behin, sigma-delta ADC-ak sarrera analogikoa berriro lagintzen duelako, kanpoko iragazkia gutxienera mantentzen da eta baldintza bakarra RC iragazki soil bat da.Iragazki motan eta irteerako baud-tasa malgutasuna eskaintzen dute.Iragazki digital integratua sare elektrikoko gailuetan edozein interferentzia kentzeko erabil daiteke.AD7124-4/AD7124-8 bezalako 24 biteko gailuek 21,7 biteko bereizmen osoa dute, beraz, bereizmen handia ematen dute.
Sigma-delta ADC bat erabiltzeak termistorearen diseinua asko errazten du, zehaztapenak, sistemaren kostua, plakako espazioa eta merkaturatzeko denbora murrizten dituen bitartean.
Artikulu honek AD7124-4/AD7124-8 erabiltzen du ADC gisa, zarata baxua, korronte baxua, doitasuneko ADCak direlako, PGA integratua, erreferentzia integratua, sarrera analogikoa eta erreferentzia-bufferra.
Disko-korrontea edo tentsioa erabiltzen ari zaren kontuan hartu gabe, konfigurazio erraziometrikoa gomendatzen da, non erreferentzia-tentsioa eta sentsore-tentsioa disko-iturri beretik datozen.Horrek esan nahi du kitzikapen-iturriaren edozein aldaketak ez duela eragingo neurketaren zehaztasunean.
irudian.5. irudiak RREF termistorearen eta doitasun erresistentziaren unitate-korronte konstantea erakusten du, RREF zehar garatutako tentsioa termistorea neurtzeko erreferentzia-tentsioa da.
Eremu-korronteak ez du zehatza izan behar eta egonkorragoa izan daiteke eremu-korrontearen akatsak konfigurazio honetan ezabatuko baitira.Orokorrean, korrontearen kitzikapena hobesten da tentsioaren kitzikapenaren gainetik, sentsibilitatea kontrolatzeko eta zarataren immunitate hobea delako sentsorea urruneko kokapenetan dagoenean.Alborapen-metodo mota hau normalean erresistentzia-balioak dituzten RTD edo termistoreetarako erabiltzen da.Dena den, erresistentzia-balio handiagoa eta sentikortasun handiagoa duen termistore baterako, tenperatura-aldaketa bakoitzak sortzen duen seinale-maila handiagoa izango da, beraz, tentsio-kitzikapena erabiltzen da.Adibidez, 10 kΩ-ko termistore batek 10 kΩ-ko erresistentzia du 25 °C-tan.-50 °C-tan, NTC termistorearen erresistentzia 441,117 kΩ da.AD7124-4/AD7124-8-k eskaintzen duen 50 µA-ko gutxieneko disko-korronteak 441,117 kΩ × 50 µA = 22 V sortzen ditu, hau da, altuegia eta aplikazio-eremu honetan erabiltzen diren ADC eskuragarri gehienen funtzionamendu-eremutik kanpo.Termistoreak ere elektronikatik gertu konektatu edo kokatu ohi dira, beraz, ez da beharrezkoa korrontea gidatzeko immunitatea.
Zentzumen-erresistentzia seriean tentsio zatitzaile-zirkuitu gisa gehitzeak termistorearen bidezko korrontea bere erresistentzia minimoaren baliora mugatuko du.Konfigurazio honetan, RSENSE zentzumen-erresistentziaren balioa 25 °C-ko erreferentzia-tenperaturan termistorearen erresistentziaren balioaren berdina izan behar da, beraz irteerako tentsioa erreferentziako tentsioaren erdiko puntuaren berdina izango da bere tenperatura nominalean. 25°CC Era berean, 25°C-tan 10 kΩ-ko erresistentzia duen 10 kΩ-ko termistorea erabiltzen bada, RSENSE 10 kΩ-koa izan beharko litzateke.Tenperatura aldatzen den heinean, NTC termistorearen erresistentzia ere aldatzen da, eta termistorearen tentsioaren erlazioa ere aldatzen da, eta ondorioz irteerako tentsioa NTC termistorearen erresistentziarekiko proportzionala da.
Termistorea eta/edo RSENSE elikatzeko erabilitako hautatutako tentsio-erreferentzia neurketarako erabilitako ADC erreferentziako tentsioarekin bat badator, sistema neurketa erraziometrikoan ezarriko da (7. irudia), kitzikapenarekin lotutako errore-tentsio-iturri oro alboratuko da kentzeko.
Kontuan izan zentzu-erresistentzia (tentsioa bultzatua) edo erreferentzia-erresistentzia (korronte-erresistentzia) hasierako tolerantzia baxua eta desbideratze txikia izan behar dutela, bi aldagaiek sistema osoaren zehaztasunari eragin diezaioketelako.
Hainbat termistore erabiltzean, kitzikapen tentsio bakarra erabil daiteke.Hala ere, termistore bakoitzak bere doitasun-sentsazio-erresistentzia izan behar du, irudian ikusten den bezala.8. Beste aukera bat kanpoko multiplexera edo erresistentzia baxuko etengailu bat erabiltzea da aktibatuta dagoen egoeran, zehaztasun sentsazio-erresistentzia bat partekatzea ahalbidetzen duena.Konfigurazio honekin, termistore bakoitzak finkatzeko denbora pixka bat behar du neurtzean.
Laburbilduz, termistoreetan oinarritutako tenperatura neurtzeko sistema bat diseinatzerakoan, galdera asko daude kontuan hartu beharrekoak: sentsoreen hautaketa, sentsore kableatua, osagaien aukeraketa-konpromisoak, ADC konfigurazioa eta aldagai hauek sistemaren zehaztasun orokorrari nola eragiten dioten.Serie honetako hurrengo artikuluak zure sistemaren diseinua eta sistemaren erroreen aurrekontu orokorra nola optimizatu azaltzen du zure helburuaren errendimendua lortzeko.
Argitalpenaren ordua: 2022-09-30