Dit is it earste artikel yn in twa-dielige searje. Dit artikel sil earst de histoarje en ûntwerp útdagings besprekke fanThermistor-basearre temperatuerOfmjittingssystemen, lykas ek har fergeliking mei ferset thermometer (RTD) Temperatur Alement Systems. It sil ek de kar beskriuwe fan thermistor, konfiguraasjehannel, en it belang fan Sigma-Delta analog-to-digitale converters (ADCS) yn dit applikaasje-gebiet. It twadde artikel sil details detail wêze hoe't it definitive thermistor-basearre mjitsysteem te optimalisearjen en evaluearje.
Lykas beskreaun yn 'e foarige artikel-searje, optimalisearjende Sensor Sensor Sensor Sensor Sensormasen, is in RTD in wjerstân waans fersets ferskilt mei temperatuer. Thermistors wurkje gelyk oan RTD's. Oars as RTD's, dy't allinich in positive temperatuer koëteffisjint hawwe, in thermistor kin in positive as negative temperatuer koëffisjint hawwe. Negatyf temperatuerkoëffisjint (NTC) Thermistors ferminderje har ferslach as de temperatuer opkomt, wylst positive temperatuer koëffisjint (PTC) thermistors har ferset ferheegje as de temperatuer opkomt. Op Fig. 1 toant de respon-skaaimerken fan typyske NTC en PTC-thermistors en fergeliket se mei RTD-kurven.
Yn termen fan temperatuer berik is de RTD-kromme hastich, en de sensor omfettet in folle breder temperatuer as thermistors (typysk -200 ° C oant + 850 ° C) fanwegen de net-lineêre (eksponearen) aard fan 'e thermistor. RTDS wurde normaal levere yn bekende standerdisearre krommen, wylst thermistorkurven ferskille troch fabrikant. Wy sille dit beprate yn detail yn 'e seksje fan' e thermistor-seleksje fan dit artikel fan dit artikel.
Thermistors binne makke fan gearstalde materialen, meast keramyk, polymers, as semikusinten (gewoane metalen oksides) en pure metalen (platina, nikkel, Nikkel of koper). Thermistors kinne temperatuer feroaret feroaret rapper dan RTDS, it leverjen fan rapper feedback. Dêrom wurde thermistors faak brûkt troch sensoren yn applikaasjes dy't lege kosten, Hegere Sense, en beheind temperatuerkontrôle, thús- en bouwkontrôle, as kâld krúspunt foar thermokouples foar thermokoppels yn kommersjele as yndustriële applikaasjes. Doelen. Applikaasjes.
Yn 'e measte gefallen wurde NTC Thermistors brûkt foar akkuraat temperatuermjitting, net PTC Thermistors. Guon PTC-thermistors binne te krijen dat kin brûkt wurde yn oerskot befoardering fan te wêzen of as resettable fuses foar feiligensapplikaasjes. De wjerstânskemperatuer fan in PTC-thermistor toant in heul lytse NTC-regio foardat jo it wikselpunt berikke (as Curie Point), hjirboppe, dat it ferset skerp opkomt troch ferskate opdrachten oer it berikken fan ferskate graden Celsius. Under oerskriften, sil de PTC Thermistor sterk generearje as de wikselstemperatuer is oerdreaun, en har ferset sil skerp ophingje, dy't de ynfierde aktueel sil ferminderje nei it systeem, dêrtroch skea foarkomme. It wikselpunt fan PTC-thermistors is typysk tusken 60 ° C en 120 ° C en is net geskikt foar it kontrolearjen fan temperatuermjittingen yn in breed oanbod fan applikaasjes. Dit artikel fokuseart op NTC Thermistors, dy't temperatueristysk kin mjitte as monitur-temperatueren fariearjen fan -80 ° C oant + 150 ° C. NTC Thermistors hawwe wjerstânskrêft dy't fariearjend fan in pear ohmen oant 10 mω by 25 ° C. Lykas werjûn yn Fig. 1 De feroaring yn wjerstân per graad Celsius foar thermistors is mear útsprutsen as foar ferset thermometers. Yn ferliking mei thermistors ferienfâldigje de hege gefoelens fan 'e thermistor en hege ferset tsjin it ynput-circuity, om't thermistors gjin spesjale draadkonfiguraasje hawwe, lykas 3-draad, om te kompensearjen foar leadferset. It Thermistor-ûntwerp brûkt mar in ienfâldige 2-draadkonfiguraasje.
High-Precision Thermistor-basearre temperatuermjitting fereasket presys sinjaalferwurking, analog-to-digitale konverzje, lineearaasje, en kompensaasje, lykas werjûn yn fig. 2
Hoewol de sinjaal ketting ienfâldich liket, binne d'r ferskate kompleksiteiten dy't ynfloed hawwe op de grutte, kosten en prestaasjes fan it heule moederbord. Adi's presys ADC-portfolio omfettet ferskate yntegreare oplossingen, lykas de AD7124- / AD7124-8 jout in oantal foardielen foar thermyske systeemûntwerp, om't de measte fan 'e boubokken nedich binne foar in applikaasje ynboude. D'r binne lykwols ferskate útdagings by it ûntwerpen en optimalisearjen fan thermistor-basearre temperatuer-oplossingen fan temperatuer-basearre.
Dit artikel besprekt elk fan dizze problemen en biedt oanbefellings foar it oplossen fan har en ferienigje it ûntwerpproses foar sokke systemen.
D'r binne in breed ferskaat oanNTC thermistorsOp 'e merke hjoed, dus kieze de juste thermistor foar jo applikaasje kin in daunting taak wêze. Tink derom dat thermistors wurde neamd troch har nominale wearde, dat is har nominale ferset by 25 ° C. Dêrom hat in 10 Kω Thermistor in nominale wjerstân fan 10 KΩ by 25 ° C. Thermistors hawwe nominale as basis ferset wearden dy't fariearjend fanút in pear ohmen oant 10 mω. Thermistors mei wurdearrings mei leech ferset (nominale wjerstân fan 10 kΩ of minder) typysk stypje legere temperatuer berik, lykas -50 ° C oant + 70 ° C. Thermistors mei hegere wjerstânskarden kinne temperatueren oant 300 ° C.
De thermistorelemint is makke fan metalen okside. Thermistors binne te krijen yn bal, radiale en SMD-foarmen. Thermistor-kralen binne epoksyco-coated as glês ynkapsele foar tafoege beskerming. Epoxy coated bal thermistors, radiaal en oerflakkende thermistors binne geskikt foar temperatueren oant 150 ° C. Glass Bead Thermistors binne geskikt foar it mjitten fan hege temperatueren. Alle soarten krimp / ferpakking beskermje ek tsjin korrosysje. Guon thermistors sille ek ekstra huzen hawwe foar tafoege beskerming yn hurde omjouwings. Bead Thermisters hawwe in flugger responstiid dan radiale / SMD Thermistors. Se binne lykwols net sa duorsum. Dêrom hinget it type thermistor ôfhinklik fan 'e einapplikaasje en de omjouwing wêryn de thermistor leit. De lange termyn stabiliteit fan in thermistor hinget ôf fan syn materiaal, ferpakking, en ûntwerp. In epoksy-coated NTC Thermistor kin 0,2 ° C per jier feroarje, wylst in fersegele thermistor allinich feroaret 0,02 ° C per jier.
Thermistors komme yn ferskate krektens. Standert thermistors hawwe typysk in krektens fan 0,5 ° C oant 1.5 ° C. De rydbewiis fan 'e Thermistor Vetering en Beta-wearde (ferhâlding fan 25 ° C oant 50 ° C / 85 ° C) hawwe in tolerânsje. Tink derom dat de beta-wearde fan 'e thermistor ferskilt troch fabrikant. Bygelyks 10 lω NTC Thermistors út ferskate fabrikanten sille ferskate beta-wearden hawwe. Foar krekter systemen, thermistors lykas de Omega ™ ™ 44xx kin wurde brûkt. Se hawwe in krektens fan 0,1 ° C of 0,2 ° C oer in temperatuerberik fan 0 ° C oant 70 ° C. Dêrom dat it berik fan temperatueren dy't kinne wurde mjitten en de krektens nedich binne oer dat temperatuerferwêzich bepaalt of thermistors geskikt binne foar dizze applikaasje. Tink derom dat de hegere de krektens fan 'e Omega 44xxx-searje, hoe heger de kosten.
Om wjerstân te konvertearjen oan Degrees Celsius, wurdt de Beta-wearde normaal brûkt. De beta-wearde wurdt bepaald troch de twa temperatuerpunten te kennen en it korrespondearjende ferset op elk temperatuerpunt.
RT1 = temperatuer fersifyzje 1 RT2 = temperatuer ferset 2 t1 = temperatuer 1 (k) t2 = temperatuer 2 (k)
De brûker brûkt de Beta-wearde tichtst by it temperatuer berik dat yn it projekt brûkt wurdt. De measte thermistor-datasheets list mei in beta-wearde tegearre mei in ferset tolerânsje by 25 ° C en in tolerânsje foar de beta-wearde.
Hegere presys thermistors- en hege presys terminoren-oplossingen lykas de omega 44xx-searjes brûke de steinhart-hart-fergeliking om wjerstân te konvertearjen oan graden Celsius. Equation 2 fereasket de trije konstanten A, B, en C, opnij levere troch de sensorfabrikant. Om't de fergelikingskoeffisjinten wurde generearre mei trije temperatuerpunten, minimeart de resultearjende fergeliking dy't de flater yntrodusearre troch lineearaasje (typysk 0,02 ° C).
A, B en C binne konstanten ôflaat fan trije temperatuer-setpoints. R = Thermistor ferset yn Ohms T = temperatuer yn kegrepen
Op Fig. 3 toant de hjoeddeistige eksitaasje fan 'e sensor. Drive Aktueel wurdt tapast op 'e thermistor en deselde hjoeddeistige wurdt tapast op it presysbesteging; In presysbestindich wurdt brûkt as referinsje foar mjitting. De wearde fan 'e referinsjebestindich moat grutter wêze as gelyk wêze oan' e heechste wearde fan 'e thermistor ferset (ôfhinklik fan' e leechste temperatuer mjitten yn it systeem).
By it selektearjen fan 'e eksitaasje hjoeddeistich, moat it maksimale wjerstân fan' e thermistor opnij wurde rekken hâlden. Dit soarget derfoar dat de spanning oer de sensor en de referinsjebestimming altyd op in nivo akseptabel is foar de elektroanika. De fjild Aktuele boarne fereasket wat kopkeamer as útfierpassing. As de thermistor in hege ferset hat by de leechste mjitbere temperatuer, sil dit resultearje yn in heul lege drive aktueel. Dêrom generearre de spanning oer de thermistor oan by hege temperatuer lyts is. Programmierbare winst-stadia kinne brûkt wurde om de mjitting fan dizze sinjalen te optimearjen. De winst moat lykwols dynamysk programmaal wêze, om't it sinjaalnivo fan 'e thermistor ferkeart, farieart mei temperatuer.
In oare opsje is om de winst yn te stellen, mar brûk Dynamyske stasjon aktueel. Dêrom feroaret de sinjaalnivo fan 'e thermistorwizing, feroaret de stasjon hjoeddeistige wearde dynamysk, sadat de spanning oer de thermistor ûntwikkele is binnen it opjûne ynfier berik fan it elektroanyske apparaat. De brûker moat derfoar soargje dat de spanning ûntwikkele oer de referinsjebestindich is ek op in nivo akseptabel foar de elektroanika. Beide opsjes fereaskje in hege kontrôlesnivo, konstante monitoaring fan 'e spanning oer de thermistor, sadat de elektroanika it sinjaal kin mjitte kinne. Is der in makliker opsje? Tink oan spanning-eksitaasje.
Doe't DC-spanning wurdt tapast op 'e thermistor, skele de hjoeddeistige troch de thermistor automatysk automatysk as de fersetor fan' e thermistor feroaret. No, mei in presys-mjitferwizing yn plak fan in referinsjebestindich, is it doel om it hjoeddeistige stream te berekkenjen troch de thermistor, dus wêrtroch't de thermistor ferset om te berekkenjen. Sûnt de spanning fan 'e drive wurdt ek brûkt as it ADC-referinsje-sinjaal, is gjin winststage nedich. De prosessor hat it wurk net om de thermistorspanning te kontrolearjen, te bepalen as it sinjaalnivo kin wurde mjitten troch de elektroanika, en berekkenjen fan hokker drivewinning / hjoeddeistige wearde moat oanpast wurde. Dit is de metoade brûkt yn dit artikel.
As de thermistor in lyts ferset hat beoardieling en ferset berik, spanning as hjoeddeistige eksitaasje brûkt wurde. Yn dit gefal kin de stasjon aktueel en winst wurde fêstmakke. Sa sil it circuit wêze lykas werjûn yn figuer 3. Dizze metoade is handich yn dat it mooglik is om de hjoeddeistige troch de sensor te kontrolearjen en de referinsjebestindich te kontrolearjen, wat is weardefolle yn lege krêft-applikaasjes. Derneist wurdt sels ferwaarming fan 'e thermistor minimalisearre.
De útspraak fan spanning kin ek brûkt wurde foar thermistors mei wurdearrings mei lege wjerstân. De brûker moat lykwols altyd soargje dat de hjoeddeistige troch de sensor net te heech is foar de sensor of applikaasje.
Voltage-útspraak ferienfâldiget ymplemintaasje fan ymplemintaasje by it brûken fan in thermistor mei in grutte fersetsingswurdearring en in breed temperatuerberik. Grutter nominale wjerstân leveret in akseptabel nivo fan wurdearre stroom. Untwerpers moatte lykwols derfoar soargje dat de hjoeddeistige op in akseptabel nivo is oer it heule temperatuerberik stipe troch de applikaasje.
Sigma-Delta ADCS biede ferskate foardielen by it ûntwerpen fan in thermistyske mjitstespels. Earst, om't de Sigma-Delta AdC Resamles de analoge ynput, wurdt eksterne filtering hâlden oan in minimum en de ienige eask is in ienfâldich RC-filter. Se leverje fleksibiliteit yn filtertype en útfierde útfier fan filtertype. Ynboude digitale filtering kin brûkt wurde om elke ynterferinsje te ûnderdrukken yn powerde apparaten. 24-bit apparaten lykas de AD7124-4 / AD7124-8 hawwe in folsleine resolúsje fan maksimaal 21,7 bits, sadat se hege resolúsje leverje.
It gebrûk fan in Sigma-Delta ADC ferienfâldiget it Thermistor-ûntwerp sterk by it ferminderjen fan spesifikaasje, systeemkosten, boerdromte, en tiid om te merkjen.
Dit artikel brûkt de AD7124-4 / AD7124-8 as de adc, om't se leech lûd binne, lege hjoeddeistige, presys adcs mei ynboude PGER, ynboude referinsje, analoge ynprepen.
Nettsjinsteande oft jo mei drive-stipe brûke of ride spanning, wurdt in ratiometryske konfiguraasje oanrikkemandearre wêryn de referinsjespanning en sensa's komme út deselde stasjonsboarne. Dit betsjuttet dat elke feroaring yn 'e eksiteare boarne sil gjin ynfloed hawwe op' e krektens fan 'e mjitting.
Op Fig. 5 Toant it konstante stasjonstoel hjoeddeistige foar de thermistor- en presys wjerstânref, de spanning ûntwikkele oer Rref is de referinsjespanning foar it mjitten fan 'e thermistor.
It fjild hjoed hoecht net krekt te wêzen en kin minder stabyl wêze as alle flaters yn it fjild Strom sille wurde elimineare yn dizze konfiguraasje. Yn 't algemien wurdt hjoeddeistige eksitaasje de foarkar oer spanning-útslach fanwegen superieure gefoelichheidskontrôle en bettere lûdlike immuniteit as de sensor leit yn ôfstân. Dit soarte fan bias-metoade wurdt typysk brûkt foar rtds as thermistors mei lege fersetswearden. Foar in thermistor mei in hegere fersetwearde en hegere gefoelichheid lykwols, wurdt it signaalnivo generearre troch elke temperatuerferoaring grutter, sadat spanning-útslach wurdt brûkt. Bygelyks in 10 Kω Thermistor hat in wjerstân fan 10 KΩ by 25 ° C. By -50 ° C, it wjerstân fan 'e NTC Thermistor is 441.117 kΩ. It minimale drive stroom fan 50 μA levere troch de AD7124-8 / AD7124-8 genereart 441.117 KΩ μA = 22 v, bûten it bestjoeringsberik is fan it measte beskikbere adcs brûkt yn dit applikaasje-gebiet. Thermistors binne ek normaal ferbûn of fûnen by de elektroanika, sa immuniteit om hjoeddeistige te riden is net fereaske.
In gefoel tafoege wjerstân yn searje as in spanningdivider-circuit sil de hjoeddeistige troch de thermistor beheine ta syn minimale fersetswearde. Yn dizze konfiguraasje moat de wearde fan 'e wearde fan' e SINE-wjerstân gelyk wêze oan 'e wearde fan' e ryntsertemperatuer fan 25 ° C, sadat de útfier fan 'e Râne fan 10 KΩ by 25 ° C wurdt brûkt, soe Rs's wêze moatte. Wylst de temperatuerferoaringen feroaret, feroaret it wjerstân fan 'e NTC Thermistor ek, en de ferhâlding fan' e thermistyske spanning feroaret ek, wat resulteart yn 'e útfierspanning oan it ferset fan' e NTC Thermistor.
As de selekteare spanningferwizing brûkt om de thermistor en / of rsense-spanning te sluten foar mjitting, is it systeem ynsteld op ratiometryske mjitting (figuer 7), sadat alle eksitaasje-relatearre ynslagge foar spanningspanning sil wêze om te ferwiderjen.
Tink derom dat itsij it SINNE-wjerstân (spanning oandreaun) of de referinsjebestindich (hjoeddeistige oandreaun) moat hawwe in lege initial tolerânsje en lege drift, lykas beide fariabelen fan it folsleine systeem kinne beynfloedzje.
As jo meardere thermistors brûke, kin ien eksitaasje spanning brûkt wurde. Elke thermistor moat lykwols in eigen presyzje hawwe, lykas werjûn yn Fig. 8 In oare opsje is om in ekstern Multiplexer of Low-working-switch te brûken yn 'e yn steat, dy't ien presys SINNE wjerstân wjerstean. Mei dizze konfiguraasje hat elke thermistor wat settive tiid nedich doe't mjitten.
Yn gearfetting, by it ûntwerpen fan in setsnamme fan Termistor, binne d'r in protte fragen om te beskôgjen: Sensor-seleksje, Sensor-selektaasje, adc-konfiguraasje, en hoe't dizze ferskate fariabelen ynfloed hawwe op 'e algemiene krektens fan it systeem. It folgjende artikel yn dizze searjes ferklearret hoe't jo jo systeemûntwerp te optimalisearjen en algemiene systeemfout budzjet om jo doelprestaasjes te berikken.
Posttiid: SEP-30-2022