Dyma'r erthygl gyntaf mewn cyfres ddwy ran. Yn gyntaf, bydd yr erthygl hon yn trafod heriau hanes a dylunioTymheredd sy'n seiliedig ar thermistorsystemau mesur, yn ogystal â'u cymhariaeth â systemau mesur tymheredd thermomedr gwrthiant (RTD). Bydd hefyd yn disgrifio'r dewis o thermistor, cyfaddawdau cyfluniad, a phwysigrwydd trawsnewidyddion analog-i-ddigidol sigma-delta (ADCs) yn y maes cais hwn. Bydd yr ail erthygl yn manylu ar sut i optimeiddio a gwerthuso'r system fesur derfynol ar sail thermistor.
Fel y disgrifiwyd yn y gyfres erthyglau flaenorol, gan optimeiddio systemau synhwyrydd tymheredd RTD, mae RTD yn wrthydd y mae ei wrthwynebiad yn amrywio yn ôl tymheredd. Mae thermistorau yn gweithio yn yr un modd â RTDs. Yn wahanol i RTDs, sydd â chyfernod tymheredd positif yn unig, gall thermistor fod â chyfernod tymheredd positif neu negyddol. Mae thermistorau cyfernod tymheredd negyddol (NTC) yn lleihau eu gwrthiant wrth i'r tymheredd godi, tra bod thermistorau cyfernod tymheredd positif (PTC) yn cynyddu eu gwrthiant wrth i'r tymheredd godi. Ar ffig. Mae 1 yn dangos nodweddion ymateb thermistorau nodweddiadol NTC a PTC ac yn eu cymharu â chromliniau RTD.
O ran yr ystod tymheredd, mae'r gromlin RTD bron yn llinol, ac mae'r synhwyrydd yn cynnwys ystod tymheredd llawer ehangach na thermistorau (yn nodweddiadol -200 ° C i +850 ° C) oherwydd natur aflinol (esbonyddol) y thermistor. Mae RTDs fel arfer yn cael eu darparu mewn cromliniau safonol adnabyddus, tra bod cromliniau thermistor yn amrywio yn ôl y gwneuthurwr. Byddwn yn trafod hyn yn fanwl yn adran Canllaw Dewis Thermistor yr erthygl hon.
Gwneir thermistorau o ddeunyddiau cyfansawdd, fel arfer cerameg, polymerau, neu led -ddargludyddion (ocsidau metel fel arfer) a metelau pur (platinwm, nicel, neu gopr). Gall thermistorau ganfod newidiadau tymheredd yn gyflymach na RTDs, gan ddarparu adborth cyflymach. Felly, mae thermistorau yn cael eu defnyddio'n gyffredin gan synwyryddion mewn cymwysiadau sy'n gofyn am gost isel, maint bach, ymateb cyflymach, sensitifrwydd uwch, ac ystod tymheredd cyfyngedig, megis rheoli electroneg, rheoli cartref ac adeiladau, labordai gwyddonol, neu iawndal cyffordd oer am thermocwlau mewn cymwysiadau masnachol neu ddiwydiannol. dibenion. Ceisiadau.
Yn y rhan fwyaf o achosion, defnyddir thermistorau NTC ar gyfer mesur tymheredd cywir, nid thermistorau PTC. Mae rhai thermistorau PTC ar gael y gellir eu defnyddio mewn cylchedau amddiffyn cythryblus neu fel ffiwsiau y gellir eu hailosod ar gyfer cymwysiadau diogelwch. Mae cromlin tymheredd gwrthiant thermistor PTC yn dangos rhanbarth NTC bach iawn cyn cyrraedd y pwynt switsh (neu'r pwynt curie), y mae'r gwrthiant yn codi'n sydyn uwch ei uwchlaw sawl gorchymyn maint yn yr ystod o sawl gradd Celsius. O dan amodau cysgodol, bydd y thermistor PTC yn cynhyrchu hunan-wresogi cryf pan eir y tu hwnt i'r tymheredd newid, a bydd ei wrthwynebiad yn codi'n sydyn, a fydd yn lleihau'r cerrynt mewnbwn i'r system, a thrwy hynny atal difrod. Mae pwynt newid thermistorau PTC fel arfer rhwng 60 ° C a 120 ° C ac nid yw'n addas ar gyfer rheoli mesuriadau tymheredd mewn ystod eang o gymwysiadau. Mae'r erthygl hon yn canolbwyntio ar thermistorau NTC, a all fel rheol fesur neu fonitro tymereddau sy'n amrywio o -80 ° C i +150 ° C. Mae gan thermistorau NTC raddfeydd gwrthiant yn amrywio o ychydig ohms i 10 MΩ ar 25 ° C. Fel y dangosir yn ffig. 1, mae'r newid mewn gwrthiant fesul gradd Celsius ar gyfer thermistorau yn fwy amlwg nag ar gyfer thermomedrau gwrthiant. O'i gymharu â thermistorau, mae sensitifrwydd uchel y thermistor a gwerth gwrthiant uchel yn symleiddio ei gylchedwaith mewnbwn, gan nad oes angen unrhyw gyfluniad gwifrau arbennig ar thermistorau, fel 3-wifren neu 4-wifren, i wneud iawn am wrthwynebiad plwm. Dim ond cyfluniad 2 wifren syml y mae dyluniad y thermistor yn ei ddefnyddio.
Mae angen prosesu signal manwl gywir, trosi analog-i-ddigidol, llinelloli ac iawndal yn union, fel y dangosir yn Ffig. 2.
Er y gall y gadwyn signal ymddangos yn syml, mae yna sawl cymhlethdod sy'n effeithio ar faint, cost a pherfformiad y motherboard cyfan. Mae portffolio ADC Precision ADI yn cynnwys sawl datrysiad integredig, megis yr AD7124-4/AD7124-8, sy'n darparu nifer o fanteision ar gyfer dylunio system thermol gan fod y rhan fwyaf o'r blociau adeiladu sydd eu hangen ar gyfer cais wedi'u hymgorffori. Fodd bynnag, mae yna heriau amrywiol wrth ddylunio ac optimeiddio datrysiadau mesur tymheredd ar sail thermistor.
Mae'r erthygl hon yn trafod pob un o'r materion hyn ac yn darparu argymhellion ar gyfer eu datrys a symleiddio'r broses ddylunio ar gyfer systemau o'r fath ymhellach.
Mae yna amrywiaeth eang oThermistors NTCAr y farchnad heddiw, felly gall dewis y thermistor cywir ar gyfer eich cais fod yn dasg frawychus. Sylwch fod thermistorau wedi'u rhestru yn ôl eu gwerth enwol, sef eu gwrthiant enwol ar 25 ° C. Felly, mae gan thermistor 10 kΩ wrthwynebiad enwol o 10 kΩ ar 25 ° C. Mae gan thermistorau werthoedd gwrthiant enwol neu sylfaenol yn amrywio o ychydig ohms i 10 MΩ. Mae thermistorau â graddfeydd gwrthiant isel (ymwrthedd enwol o 10 kΩ neu lai) fel arfer yn cefnogi ystodau tymheredd is, megis -50 ° C i +70 ° C. Gall thermistorau sydd â graddfeydd gwrthiant uwch wrthsefyll tymereddau hyd at 300 ° C.
Mae'r elfen thermistor wedi'i gwneud o ocsid metel. Mae thermistorau ar gael mewn siapiau pêl, rheiddiol a SMD. Mae gleiniau thermistor wedi'u gorchuddio ag epocsi neu wedi'u crynhoi gwydr ar gyfer amddiffyniad ychwanegol. Mae thermistorau pêl wedi'u gorchuddio ag epocsi, thermistorau rheiddiol ac arwyneb yn addas ar gyfer tymereddau hyd at 150 ° C. Mae thermistorau gleiniau gwydr yn addas ar gyfer mesur tymereddau uchel. Mae pob math o haenau/pecynnu hefyd yn amddiffyn rhag cyrydiad. Bydd gan rai thermistorau hefyd orchuddion ychwanegol ar gyfer amddiffyniad ychwanegol mewn amgylcheddau garw. Mae gan thermistorau gleiniau amser ymateb cyflymach na thermistorau rheiddiol/SMD. Fodd bynnag, nid ydynt mor wydn. Felly, mae'r math o thermistor a ddefnyddir yn dibynnu ar y cais diwedd a'r amgylchedd y mae'r thermistor wedi'i leoli ynddo. Mae sefydlogrwydd tymor hir thermistor yn dibynnu ar ei ddeunydd, ei becynnu a'i ddyluniad. Er enghraifft, gall thermistor NTC wedi'i orchuddio ag epocsi newid 0.2 ° C y flwyddyn, tra bod thermistor wedi'i selio yn newid 0.02 ° C y flwyddyn yn unig.
Mae thermistorau yn dod mewn cywirdeb gwahanol. Yn nodweddiadol mae gan thermistorau safonol gywirdeb o 0.5 ° C i 1.5 ° C. Mae gan y sgôr gwrthiant thermistor a gwerth beta (cymhareb 25 ° C i 50 ° C/85 ° C) oddefgarwch. Sylwch fod gwerth beta y thermistor yn amrywio yn ôl gwneuthurwr. Er enghraifft, bydd gan thermistorau 10 kΩ NTC o wahanol weithgynhyrchwyr werthoedd beta gwahanol. Ar gyfer systemau mwy cywir, gellir defnyddio thermistorau fel cyfres Omega ™ 44xxx. Mae ganddynt gywirdeb o 0.1 ° C neu 0.2 ° C dros ystod tymheredd o 0 ° C i 70 ° C. Felly, mae'r ystod o dymheredd y gellir eu mesur a'r cywirdeb sy'n ofynnol dros yr ystod tymheredd honno yn penderfynu a yw thermistorau yn addas ar gyfer y cais hwn. Sylwch po uchaf yw cywirdeb cyfres Omega 44xxx, yr uchaf yw'r gost.
Er mwyn trosi ymwrthedd i raddau Celsius, defnyddir y gwerth beta fel arfer. Mae'r gwerth beta yn cael ei bennu trwy wybod y ddau bwynt tymheredd a'r gwrthiant cyfatebol ar bob pwynt tymheredd.
Rt1 = gwrthiant tymheredd 1 rt2 = gwrthiant tymheredd 2 t1 = tymheredd 1 (k) t2 = tymheredd 2 (k)
Mae'r defnyddiwr yn defnyddio'r gwerth beta agosaf at yr ystod tymheredd a ddefnyddir yn y prosiect. Mae'r rhan fwyaf o daflenni data thermistor yn rhestru gwerth beta ynghyd â goddefgarwch gwrthiant ar 25 ° C a goddefgarwch am y gwerth beta.
Mae thermistorau manwl gywirdeb uwch a datrysiadau terfynu manwl uchel fel cyfres Omega 44xxx yn defnyddio hafaliad Steinhart-Hart i drosi ymwrthedd i raddau Celsius. Mae Hafaliad 2 yn gofyn am y tri chyson A, B, ac C, a ddarperir eto gan y gwneuthurwr synhwyrydd. Oherwydd bod y cyfernodau hafaliad yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio tri phwynt tymheredd, mae'r hafaliad sy'n deillio o hyn yn lleihau'r gwall a gyflwynir trwy linelloli (0.02 ° C yn nodweddiadol).
Mae A, B ac C yn gysonion sy'n deillio o dri phwynt gosod tymheredd. R = ymwrthedd thermistor yn ohms t = tymheredd mewn graddau k
Ar ffig. Mae 3 yn dangos cyffro cyfredol y synhwyrydd. Mae cerrynt gyriant yn cael ei gymhwyso i'r thermistor a rhoddir yr un cerrynt ar y gwrthydd manwl; Defnyddir gwrthydd manwl fel cyfeiriad ar gyfer mesur. Rhaid i werth y gwrthydd cyfeirio fod yn fwy na neu'n hafal i werth uchaf y gwrthiant thermistor (yn dibynnu ar y tymheredd isaf a fesurir yn y system).
Wrth ddewis y cerrynt cyffroi, rhaid ystyried gwrthiant uchaf y thermistor eto. Mae hyn yn sicrhau bod y foltedd ar draws y synhwyrydd a'r gwrthydd cyfeirio bob amser ar lefel sy'n dderbyniol i'r electroneg. Mae angen rhywfaint o baru pen neu allbwn ar ffynhonnell gyfredol y maes. Os oes gan y thermistor wrthwynebiad uchel ar y tymheredd mesuradwy isaf, bydd hyn yn arwain at gerrynt gyriant isel iawn. Felly, mae'r foltedd a gynhyrchir ar draws y thermistor ar dymheredd uchel yn fach. Gellir defnyddio camau ennill rhaglenadwy i wneud y gorau o fesur y signalau lefel isel hyn. Fodd bynnag, rhaid rhaglennu'r enillion yn ddeinamig oherwydd bod lefel y signal o'r thermistor yn amrywio'n fawr gyda'r tymheredd.
Dewis arall yw gosod yr ennill ond defnyddio cerrynt gyriant deinamig. Felly, wrth i lefel y signal o'r thermistor newid, mae'r gwerth cerrynt gyriant yn newid yn ddeinamig fel bod y foltedd a ddatblygwyd ar draws y thermistor o fewn ystod fewnbwn penodedig y ddyfais electronig. Rhaid i'r defnyddiwr sicrhau bod y foltedd a ddatblygwyd ar draws y gwrthydd cyfeirio hefyd ar lefel sy'n dderbyniol i'r electroneg. Mae'r ddau opsiwn yn gofyn am lefel uchel o reolaeth, monitro'r foltedd yn gyson ar draws y thermistor fel y gall yr electroneg fesur y signal. A oes opsiwn haws? Ystyriwch gyffro foltedd.
Pan roddir foltedd DC i'r thermistor, mae'r cerrynt trwy'r thermistor yn graddio'n awtomatig wrth i wrthwynebiad y thermistor newid. Nawr, gan ddefnyddio gwrthydd mesur manwl gywirdeb yn lle gwrthydd cyfeirio, ei bwrpas yw cyfrifo'r cerrynt sy'n llifo trwy'r thermistor, gan ganiatáu i wrthwynebiad y thermistor gael ei gyfrifo. Gan fod y foltedd gyriant hefyd yn cael ei ddefnyddio fel y signal cyfeirio ADC, nid oes angen cam ennill. Nid oes gan y prosesydd y gwaith o fonitro foltedd y thermistor, gan benderfynu a ellir mesur lefel y signal yn ôl yr electroneg, a chyfrifo'r hyn y mae angen addasu enillion/gwerth cyfredol. Dyma'r dull a ddefnyddir yn yr erthygl hon.
Os oes gan y thermistor sgôr gwrthiant bach ac ystod gwrthiant, gellir defnyddio foltedd neu gyffro cyfredol. Yn yr achos hwn, gellir gosod y cerrynt gyriant a'r enillion. Felly, bydd y gylched fel y dangosir yn Ffigur 3. Mae'r dull hwn yn gyfleus yn yr ystyr ei bod yn bosibl rheoli'r cerrynt trwy'r synhwyrydd a'r gwrthydd cyfeirio, sy'n werthfawr mewn cymwysiadau pŵer isel. Yn ogystal, mae hunan-wresogi'r thermistor yn cael ei leihau i'r eithaf.
Gellir defnyddio cyffro foltedd hefyd ar gyfer thermistorau sydd â graddfeydd gwrthiant isel. Fodd bynnag, rhaid i'r defnyddiwr bob amser sicrhau nad yw'r cerrynt trwy'r synhwyrydd yn rhy uchel i'r synhwyrydd neu'r cymhwysiad.
Mae cyffroi foltedd yn symleiddio gweithredu wrth ddefnyddio thermistor sydd â sgôr gwrthiant mawr ac ystod tymheredd eang. Mae gwrthiant enwol mwy yn darparu lefel dderbyniol o gerrynt sydd â sgôr. Fodd bynnag, mae angen i ddylunwyr sicrhau bod y cerrynt ar lefel dderbyniol dros yr ystod tymheredd gyfan a gefnogir gan y cais.
Mae ADCs Sigma-Delta yn cynnig sawl mantais wrth ddylunio system fesur thermistor. Yn gyntaf, oherwydd bod y Sigma-Delta ADC yn ail-samplu'r mewnbwn analog, mae hidlo allanol yn cael ei gadw i'r lleiafswm a'r unig ofyniad yw hidlydd RC syml. Maent yn darparu hyblygrwydd yn y math o hidlo a chyfradd baud allbwn. Gellir defnyddio hidlo digidol adeiledig i atal unrhyw ymyrraeth mewn dyfeisiau sy'n cael eu pweru gan y prif gyflenwad. Mae gan ddyfeisiau 24-did fel yr AD7124-4/AD7124-8 ddatrysiad llawn o hyd at 21.7 darn, felly maent yn darparu cydraniad uchel.
Mae'r defnydd o Sigma-Delta ADC yn symleiddio dyluniad y thermistor yn fawr wrth leihau manyleb, cost system, gofod bwrdd, ac amser i farchnata.
Mae'r erthygl hon yn defnyddio'r AD7124-4/AD7124-8 fel yr ADC oherwydd eu bod yn sŵn isel, cerrynt isel, ADCs manwl gywir gyda PGA adeiledig, cyfeirnod adeiledig, mewnbwn analog, a byffer cyfeirio.
Ni waeth a ydych chi'n defnyddio cerrynt gyriant neu foltedd gyrru, argymhellir cyfluniad ratiometrig lle mae'r foltedd cyfeirio a foltedd synhwyrydd yn dod o'r un ffynhonnell yrru. Mae hyn yn golygu na fydd unrhyw newid yn y ffynhonnell gyffroi yn effeithio ar gywirdeb y mesuriad.
Ar ffig. Mae 5 yn dangos y cerrynt gyriant cyson ar gyfer y thermistor a'r gwrthydd manwl, y foltedd a ddatblygwyd ar draws RREF yw'r foltedd cyfeirio ar gyfer mesur y thermistor.
Nid oes angen i'r cerrynt maes fod yn gywir a gall fod yn llai sefydlog gan y bydd unrhyw wallau yn y cerrynt maes yn cael eu dileu yn y cyfluniad hwn. Yn gyffredinol, mae'n well gan gyffro cyfredol dros gyffro foltedd oherwydd rheolaeth sensitifrwydd uwch a gwell imiwnedd sŵn pan fydd y synhwyrydd wedi'i leoli mewn lleoliadau anghysbell. Defnyddir y math hwn o ddull rhagfarn yn nodweddiadol ar gyfer RTDs neu thermistorau sydd â gwerthoedd gwrthiant isel. Fodd bynnag, ar gyfer thermistor sydd â gwerth gwrthiant uwch a sensitifrwydd uwch, bydd y lefel signal a gynhyrchir gan bob newid tymheredd yn fwy, felly defnyddir cyffro foltedd. Er enghraifft, mae gan thermistor 10 kΩ wrthwynebiad o 10 kΩ ar 25 ° C. Ar -50 ° C, gwrthiant thermistor NTC yw 441.117 kΩ. Mae'r cerrynt gyriant lleiaf o 50 µA a ddarperir gan yr AD7124-4/AD7124-8 yn cynhyrchu 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, sy'n rhy uchel a thu allan i ystod weithredol y mwyafrif o ADCs sydd ar gael a ddefnyddir yn yr ardal gais hon. Mae thermistorau hefyd fel arfer wedi'u cysylltu neu wedi'u lleoli ger yr electroneg, felly nid oes angen imiwnedd i yrru cerrynt.
Bydd ychwanegu gwrthydd synnwyr mewn cyfres fel cylched rhannwr foltedd yn cyfyngu'r cerrynt trwy'r thermistor i'w werth gwrthiant lleiaf. Yn y cyfluniad hwn, rhaid i werth y gwrthydd synnwyr rsense fod yn hafal i werth y gwrthiant thermistor ar dymheredd cyfeirio o 25 ° C, fel y bydd y foltedd allbwn yn hafal i ganolbwynt y foltedd cyfeirio ar ei dymheredd enwol ar 25 ° CC yn yr un modd, os yw 10 k yn gwrthsefyll, dylai gwrthsefyll, 25 Ω, fod yn gwrthsefyll, 25 Ω, fod yn gwrthsefyll, 25 Ω, yn gwrthsefyll, os yw 25 Ω, yn gwrthsefyll, 25 Ω yn gwrthsefyll, yn gwrthsefyll 10 K S ag a 10 K S ag a 10 Kysg ei ddefnyddio. Wrth i'r tymheredd newid, mae gwrthiant thermistor NTC hefyd yn newid, ac mae cymhareb y foltedd gyriant ar draws y thermistor hefyd yn newid, gan arwain at y foltedd allbwn yn gymesur â gwrthiant thermistor NTC.
Os yw'r cyfeirnod foltedd a ddewiswyd a ddefnyddir i bweru'r thermistor a/neu rsense yn cyd-fynd â'r foltedd cyfeirio ADC a ddefnyddir ar gyfer mesur, mae'r system wedi'i gosod i fesur ratiometrig (Ffigur 7) fel y bydd unrhyw ffynhonnell foltedd gwall sy'n gysylltiedig â chyffro yn rhagfarnllyd i'w dileu.
Sylwch y dylai'r gwrthydd synnwyr (sy'n cael ei yrru gan foltedd) neu'r gwrthydd cyfeirio (sy'n cael ei yrru gan gyfredol) fod â goddefgarwch cychwynnol isel a drifft isel, oherwydd gall y ddau newidyn effeithio ar gywirdeb y system gyfan.
Wrth ddefnyddio thermistorau lluosog, gellir defnyddio un foltedd cyffroi. Fodd bynnag, rhaid i bob thermistor gael ei wrthydd synnwyr manwl ei hun, fel y dangosir yn FIG. 8. Dewis arall yw defnyddio amlblecsydd allanol neu switsh gwrthiant isel yn y wladwriaeth ON, sy'n caniatáu rhannu un gwrthydd synnwyr manwl. Gyda'r cyfluniad hwn, mae angen rhywfaint o amser setlo ar bob thermistor wrth ei fesur.
I grynhoi, wrth ddylunio system mesur tymheredd ar sail thermistor, mae yna lawer o gwestiynau i'w hystyried: dewis synhwyrydd, gwifrau synhwyrydd, cyfaddawdau dewis cydrannau, cyfluniad ADC, a sut mae'r newidynnau amrywiol hyn yn effeithio ar gywirdeb cyffredinol y system. Mae'r erthygl nesaf yn y gyfres hon yn esbonio sut i wneud y gorau o ddyluniad eich system a chyllideb gwall y system gyffredinol i gyflawni eich perfformiad targed.
Amser Post: Medi-30-2022