Αυτό είναι το πρώτο άρθρο μιας σειράς δύο μερών. Αρχικά, θα συζητήσουμε την ιστορία και τις προκλήσεις σχεδιασμού τουθερμοκρασία με βάση το θερμίστορσυστήματα μέτρησης, καθώς και η σύγκρισή τους με συστήματα μέτρησης θερμοκρασίας με θερμόμετρο αντίστασης (RTD). Θα περιγραφεί επίσης η επιλογή του θερμίστορ, οι συμβιβασμοί διαμόρφωσης και η σημασία των αναλογικών σε ψηφιακούς μετατροπείς (ADC) σίγμα-δέλτα σε αυτόν τον τομέα εφαρμογής. Το δεύτερο άρθρο θα αναλύσει λεπτομερώς τον τρόπο βελτιστοποίησης και αξιολόγησης του τελικού συστήματος μέτρησης που βασίζεται σε θερμίστορ.
Όπως περιγράφεται στην προηγούμενη σειρά άρθρων, Βελτιστοποίηση συστημάτων αισθητήρων θερμοκρασίας RTD, ένα RTD είναι μια αντίσταση της οποίας η αντίσταση μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Τα θερμίστορ λειτουργούν παρόμοια με τα RTD. Σε αντίθεση με τα RTD, τα οποία έχουν μόνο θετικό συντελεστή θερμοκρασίας, ένα θερμίστορ μπορεί να έχει θετικό ή αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας. Τα θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας (NTC) μειώνουν την αντίστασή τους καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, ενώ τα θερμίστορ θετικού συντελεστή θερμοκρασίας (PTC) αυξάνουν την αντίστασή τους καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Στο σχήμα 1 φαίνονται τα χαρακτηριστικά απόκρισης τυπικών θερμίστορ NTC και PTC και τα συγκρίνει με τις καμπύλες RTD.
Όσον αφορά το εύρος θερμοκρασίας, η καμπύλη RTD είναι σχεδόν γραμμική και ο αισθητήρας καλύπτει ένα πολύ ευρύτερο εύρος θερμοκρασίας από τα θερμίστορ (συνήθως από -200°C έως +850°C) λόγω της μη γραμμικής (εκθετικής) φύσης του θερμίστορ. Τα RTD συνήθως παρέχονται σε γνωστές τυποποιημένες καμπύλες, ενώ οι καμπύλες των θερμίστορ ποικίλλουν ανάλογα με τον κατασκευαστή. Θα το συζητήσουμε λεπτομερώς στην ενότητα οδηγός επιλογής θερμίστορ αυτού του άρθρου.
Τα θερμίστορ κατασκευάζονται από σύνθετα υλικά, συνήθως κεραμικά, πολυμερή ή ημιαγωγούς (συνήθως οξείδια μετάλλων) και καθαρά μέταλλα (πλατίνα, νικέλιο ή χαλκό). Τα θερμίστορ μπορούν να ανιχνεύσουν αλλαγές θερμοκρασίας ταχύτερα από τα RTD, παρέχοντας ταχύτερη ανάδραση. Επομένως, τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται συνήθως από αισθητήρες σε εφαρμογές που απαιτούν χαμηλό κόστος, μικρό μέγεθος, ταχύτερη απόκριση, υψηλότερη ευαισθησία και περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας, όπως ηλεκτρονικός έλεγχος, οικιακός και κτιριακός έλεγχος, επιστημονικά εργαστήρια ή αντιστάθμιση ψυχρής επαφής για θερμοστοιχεία σε εμπορικές ή βιομηχανικές εφαρμογές. Εφαρμογές.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα θερμίστορ NTC χρησιμοποιούνται για ακριβή μέτρηση θερμοκρασίας, όχι τα θερμίστορ PTC. Διατίθενται ορισμένα θερμίστορ PTC που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα προστασίας από υπερένταση ή ως επαναρυθμιζόμενες ασφάλειες για εφαρμογές ασφαλείας. Η καμπύλη αντίστασης-θερμοκρασίας ενός θερμίστορ PTC δείχνει μια πολύ μικρή περιοχή NTC πριν φτάσει στο σημείο μεταγωγής (ή σημείο Curie), πάνω από την οποία η αντίσταση αυξάνεται απότομα κατά αρκετές τάξεις μεγέθους στην περιοχή αρκετών βαθμών Κελσίου. Υπό συνθήκες υπερέντασης, το θερμίστορ PTC θα παράγει ισχυρή αυτοθέρμανση όταν ξεπεραστεί η θερμοκρασία μεταγωγής και η αντίστασή του θα αυξηθεί απότομα, γεγονός που θα μειώσει το ρεύμα εισόδου στο σύστημα, αποτρέποντας έτσι τη ζημιά. Το σημείο μεταγωγής των θερμίστορ PTC είναι συνήθως μεταξύ 60°C και 120°C και δεν είναι κατάλληλο για τον έλεγχο των μετρήσεων θερμοκρασίας σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Αυτό το άρθρο εστιάζει στα θερμίστορ NTC, τα οποία συνήθως μπορούν να μετρήσουν ή να παρακολουθήσουν θερμοκρασίες που κυμαίνονται από -80°C έως +150°C. Τα θερμίστορ NTC έχουν ονομαστικές τιμές αντίστασης που κυμαίνονται από μερικά ohms έως 10 MΩ στους 25°C. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, η μεταβολή στην αντίσταση ανά βαθμό Κελσίου για τα θερμίστορ είναι πιο έντονη από ό,τι για τα θερμόμετρα αντίστασης. Σε σύγκριση με τα θερμίστορ, η υψηλή ευαισθησία και η υψηλή τιμή αντίστασης του θερμίστορ απλοποιούν τα κυκλώματα εισόδου του, καθώς τα θερμίστορ δεν απαιτούν καμία ειδική διαμόρφωση καλωδίωσης, όπως 3 ή 4 συρμάτων, για την αντιστάθμιση της αντίστασης των ακροδεκτών. Ο σχεδιασμός του θερμίστορ χρησιμοποιεί μόνο μια απλή διαμόρφωση 2 συρμάτων.
Η μέτρηση θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας με βάση θερμίστορ απαιτεί ακριβή επεξεργασία σήματος, μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό, γραμμικοποίηση και αντιστάθμιση, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.
Παρόλο που η αλυσίδα σήματος μπορεί να φαίνεται απλή, υπάρχουν αρκετές πολυπλοκότητες που επηρεάζουν το μέγεθος, το κόστος και την απόδοση ολόκληρης της μητρικής πλακέτας. Το χαρτοφυλάκιο ακριβείας ADC της ADI περιλαμβάνει αρκετές ολοκληρωμένες λύσεις, όπως το AD7124-4/AD7124-8, οι οποίες παρέχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα για τον σχεδιασμό θερμικών συστημάτων, καθώς τα περισσότερα από τα δομικά στοιχεία που απαιτούνται για μια εφαρμογή είναι ενσωματωμένα. Ωστόσο, υπάρχουν διάφορες προκλήσεις στο σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση λύσεων μέτρησης θερμοκρασίας που βασίζονται σε θερμίστορ.
Αυτό το άρθρο εξετάζει καθένα από αυτά τα ζητήματα και παρέχει συστάσεις για την επίλυσή τους και την περαιτέρω απλοποίηση της διαδικασίας σχεδιασμού τέτοιων συστημάτων.
Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία απόΘερμίστορ NTCστην αγορά σήμερα, επομένως η επιλογή του κατάλληλου θερμίστορ για την εφαρμογή σας μπορεί να είναι ένα δύσκολο έργο. Σημειώστε ότι τα θερμίστορ παρατίθενται με βάση την ονομαστική τους τιμή, η οποία είναι η ονομαστική τους αντίσταση στους 25°C. Επομένως, ένα θερμίστορ 10 kΩ έχει ονομαστική αντίσταση 10 kΩ στους 25°C. Τα θερμίστορ έχουν ονομαστικές ή βασικές τιμές αντίστασης που κυμαίνονται από μερικά ohms έως 10 MΩ. Τα θερμίστορ με χαμηλές ονομαστικές τιμές αντίστασης (ονομαστική αντίσταση 10 kΩ ή λιγότερο) συνήθως υποστηρίζουν χαμηλότερα εύρη θερμοκρασίας, όπως από -50°C έως +70°C. Τα θερμίστορ με υψηλότερες ονομαστικές τιμές αντίστασης μπορούν να αντέξουν σε θερμοκρασίες έως και 300°C.
Το στοιχείο θερμίστορ είναι κατασκευασμένο από οξείδιο μετάλλου. Τα θερμίστορ διατίθενται σε σχήμα μπάλας, ακτινικού και SMD. Τα σφαιρίδια θερμίστορ είναι επικαλυμμένα με εποξειδική ρητίνη ή ενθυλακωμένα με γυαλί για πρόσθετη προστασία. Τα θερμίστορ μπάλας με εποξειδική ρητίνη, τα ακτινικά και τα επιφανειακά θερμίστορ είναι κατάλληλα για θερμοκρασίες έως 150°C. Τα θερμίστορ γυάλινων σφαιριδίων είναι κατάλληλα για τη μέτρηση υψηλών θερμοκρασιών. Όλοι οι τύποι επικαλύψεων/συσκευασιών προστατεύουν επίσης από τη διάβρωση. Ορισμένα θερμίστορ θα έχουν επίσης πρόσθετα περιβλήματα για πρόσθετη προστασία σε σκληρά περιβάλλοντα. Τα θερμίστορ σφαιριδίων έχουν ταχύτερο χρόνο απόκρισης από τα θερμίστορ ακτινικού/SMD. Ωστόσο, δεν είναι τόσο ανθεκτικά. Επομένως, ο τύπος του θερμίστορ που χρησιμοποιείται εξαρτάται από την τελική εφαρμογή και το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται το θερμίστορ. Η μακροπρόθεσμη σταθερότητα ενός θερμίστορ εξαρτάται από το υλικό, τη συσκευασία και τον σχεδιασμό του. Για παράδειγμα, ένα θερμίστορ NTC με εποξειδική ρητίνη μπορεί να αλλάζει 0,2°C ανά έτος, ενώ ένα σφραγισμένο θερμίστορ αλλάζει μόνο 0,02°C ανά έτος.
Τα θερμίστορ διατίθενται σε διαφορετικές τιμές ακρίβειας. Τα τυπικά θερμίστορ έχουν συνήθως ακρίβεια από 0,5°C έως 1,5°C. Η ονομαστική αντίσταση του θερμίστορ και η τιμή βήτα (λόγος 25°C προς 50°C/85°C) έχουν μια ανοχή. Σημειώστε ότι η τιμή βήτα του θερμίστορ ποικίλλει ανάλογα με τον κατασκευαστή. Για παράδειγμα, τα θερμίστορ NTC 10 kΩ από διαφορετικούς κατασκευαστές θα έχουν διαφορετικές τιμές βήτα. Για πιο ακριβή συστήματα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν θερμίστορ όπως η σειρά Omega™ 44xxx. Έχουν ακρίβεια 0,1°C ή 0,2°C σε ένα εύρος θερμοκρασιών από 0°C έως 70°C. Επομένως, το εύρος θερμοκρασιών που μπορούν να μετρηθούν και η ακρίβεια που απαιτείται σε αυτό το εύρος θερμοκρασιών καθορίζει εάν τα θερμίστορ είναι κατάλληλα για αυτήν την εφαρμογή. Λάβετε υπόψη ότι όσο υψηλότερη είναι η ακρίβεια της σειράς Omega 44xxx, τόσο υψηλότερο είναι το κόστος.
Για τη μετατροπή της αντίστασης σε βαθμούς Κελσίου, συνήθως χρησιμοποιείται η τιμή βήτα. Η τιμή βήτα καθορίζεται γνωρίζοντας τα δύο σημεία θερμοκρασίας και την αντίστοιχη αντίσταση σε κάθε σημείο θερμοκρασίας.
RT1 = Αντίσταση θερμοκρασίας 1 RT2 = Αντίσταση θερμοκρασίας 2 T1 = Θερμοκρασία 1 (K) T2 = Θερμοκρασία 2 (K)
Ο χρήστης χρησιμοποιεί την τιμή βήτα που βρίσκεται πλησιέστερα στο εύρος θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται στο έργο. Τα περισσότερα φύλλα δεδομένων θερμίστορ αναφέρουν μια τιμή βήτα μαζί με μια ανοχή αντίστασης στους 25°C και μια ανοχή για την τιμή βήτα.
Τα θερμίστορ υψηλότερης ακρίβειας και οι λύσεις τερματισμού υψηλής ακρίβειας, όπως η σειρά Omega 44xxx, χρησιμοποιούν την εξίσωση Steinhart-Hart για τη μετατροπή της αντίστασης σε βαθμούς Κελσίου. Η Εξίσωση 2 απαιτεί τις τρεις σταθερές A, B και C, οι οποίες παρέχονται και πάλι από τον κατασκευαστή του αισθητήρα. Επειδή οι συντελεστές της εξίσωσης δημιουργούνται χρησιμοποιώντας τρία σημεία θερμοκρασίας, η προκύπτουσα εξίσωση ελαχιστοποιεί το σφάλμα που εισάγεται από τη γραμμικοποίηση (συνήθως 0,02 °C).
Τα A, B και C είναι σταθερές που προέρχονται από τρία σημεία ρύθμισης θερμοκρασίας. R = αντίσταση θερμίστορ σε ohms T = θερμοκρασία σε K βαθμούς
Στο σχήμα 3 φαίνεται το ρεύμα διέγερσης του αισθητήρα. Ρεύμα οδήγησης εφαρμόζεται στο θερμίστορ και το ίδιο ρεύμα εφαρμόζεται στην αντίσταση ακριβείας. Μια αντίσταση ακριβείας χρησιμοποιείται ως αναφορά για τη μέτρηση. Η τιμή της αντίστασης αναφοράς πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με την υψηλότερη τιμή της αντίστασης του θερμίστορ (ανάλογα με τη χαμηλότερη θερμοκρασία που μετράται στο σύστημα).
Κατά την επιλογή του ρεύματος διέγερσης, πρέπει και πάλι να λαμβάνεται υπόψη η μέγιστη αντίσταση του θερμίστορ. Αυτό διασφαλίζει ότι η τάση στον αισθητήρα και την αντίσταση αναφοράς είναι πάντα σε επίπεδο αποδεκτό από τα ηλεκτρονικά. Η πηγή ρεύματος πεδίου απαιτεί κάποιο χώρο κεφαλής ή αντιστοίχιση εξόδου. Εάν το θερμίστορ έχει υψηλή αντίσταση στη χαμηλότερη μετρήσιμη θερμοκρασία, αυτό θα οδηγήσει σε πολύ χαμηλό ρεύμα οδήγησης. Επομένως, η τάση που παράγεται στο θερμίστορ σε υψηλή θερμοκρασία είναι μικρή. Προγραμματιζόμενα στάδια κέρδους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτιστοποίηση της μέτρησης αυτών των σημάτων χαμηλού επιπέδου. Ωστόσο, το κέρδος πρέπει να προγραμματίζεται δυναμικά, επειδή το επίπεδο σήματος από το θερμίστορ ποικίλλει σημαντικά με τη θερμοκρασία.
Μια άλλη επιλογή είναι να ρυθμίσετε το κέρδος αλλά να χρησιμοποιήσετε δυναμικό ρεύμα οδήγησης. Επομένως, καθώς αλλάζει η στάθμη σήματος από το θερμίστορ, η τιμή του ρεύματος οδήγησης αλλάζει δυναμικά, έτσι ώστε η τάση που αναπτύσσεται στα άκρα του θερμίστορ να βρίσκεται εντός του καθορισμένου εύρους εισόδου της ηλεκτρονικής συσκευής. Ο χρήστης πρέπει να διασφαλίσει ότι η τάση που αναπτύσσεται στα άκρα της αντίστασης αναφοράς είναι επίσης σε επίπεδο αποδεκτό από τα ηλεκτρονικά. Και οι δύο επιλογές απαιτούν υψηλό επίπεδο ελέγχου, συνεχή παρακολούθηση της τάσης στα άκρα του θερμίστορ, ώστε τα ηλεκτρονικά να μπορούν να μετρήσουν το σήμα. Υπάρχει κάποια ευκολότερη επιλογή; Εξετάστε τη διέγερση τάσης.
Όταν εφαρμόζεται τάση DC στο θερμίστορ, το ρεύμα που διέρχεται από το θερμίστορ κλιμακώνεται αυτόματα καθώς αλλάζει η αντίσταση του. Τώρα, χρησιμοποιώντας μια αντίσταση ακριβούς μέτρησης αντί για μια αντίσταση αναφοράς, ο σκοπός της είναι να υπολογίσει το ρεύμα που ρέει μέσω του θερμίστορ, επιτρέποντας έτσι τον υπολογισμό της αντίστασης του θερμίστορ. Δεδομένου ότι η τάση οδήγησης χρησιμοποιείται επίσης ως σήμα αναφοράς ADC, δεν απαιτείται στάδιο κέρδους. Ο επεξεργαστής δεν έχει την εργασία να παρακολουθεί την τάση του θερμίστορ, να προσδιορίζει εάν το επίπεδο σήματος μπορεί να μετρηθεί από τα ηλεκτρονικά και να υπολογίζει ποια τιμή κέρδους/ρεύματος οδήγησης πρέπει να ρυθμιστεί. Αυτή είναι η μέθοδος που χρησιμοποιείται σε αυτό το άρθρο.
Εάν το θερμίστορ έχει μικρή ονομαστική αντίσταση και εύρος αντίστασης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί διέγερση τάσης ή ρεύματος. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα οδήγησης και το κέρδος μπορούν να σταθεροποιηθούν. Έτσι, το κύκλωμα θα είναι όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Αυτή η μέθοδος είναι βολική επειδή είναι δυνατός ο έλεγχος του ρεύματος μέσω του αισθητήρα και της αντίστασης αναφοράς, κάτι που είναι πολύτιμο σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος. Επιπλέον, ελαχιστοποιείται η αυτοθέρμανση του θερμίστορ.
Η διέγερση τάσης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για θερμίστορ με χαμηλές ονομαστικές τιμές αντίστασης. Ωστόσο, ο χρήστης πρέπει πάντα να διασφαλίζει ότι το ρεύμα μέσω του αισθητήρα δεν είναι πολύ υψηλό για τον αισθητήρα ή την εφαρμογή.
Η διέγερση τάσης απλοποιεί την υλοποίηση όταν χρησιμοποιείται ένα θερμίστορ με μεγάλη ονομαστική αντίσταση και ευρύ εύρος θερμοκρασίας. Η μεγαλύτερη ονομαστική αντίσταση παρέχει ένα αποδεκτό επίπεδο ονομαστικού ρεύματος. Ωστόσο, οι σχεδιαστές πρέπει να διασφαλίσουν ότι το ρεύμα βρίσκεται σε αποδεκτό επίπεδο σε ολόκληρο το εύρος θερμοκρασίας που υποστηρίζεται από την εφαρμογή.
Οι Sigma-Delta ADC προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος μέτρησης θερμίστορ. Πρώτον, επειδή ο sigma-delta ADC αναδειγματίζει την αναλογική είσοδο, το εξωτερικό φιλτράρισμα διατηρείται στο ελάχιστο και η μόνη απαίτηση είναι ένα απλό φίλτρο RC. Παρέχουν ευελιξία στον τύπο φίλτρου και τον ρυθμό baud εξόδου. Το ενσωματωμένο ψηφιακό φιλτράρισμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταστολή τυχόν παρεμβολών σε συσκευές που τροφοδοτούνται από το δίκτυο. Οι συσκευές 24-bit, όπως οι AD7124-4/AD7124-8, έχουν πλήρη ανάλυση έως και 21,7 bit, επομένως παρέχουν υψηλή ανάλυση.
Η χρήση ενός ADC σ-δέλτα απλοποιεί σημαντικά τον σχεδιασμό του θερμίστορ, μειώνοντας παράλληλα τις προδιαγραφές, το κόστος του συστήματος, τον χώρο στην πλακέτα και τον χρόνο κυκλοφορίας στην αγορά.
Αυτό το άρθρο χρησιμοποιεί το AD7124-4/AD7124-8 ως ADC επειδή είναι ADC ακριβείας χαμηλού θορύβου, χαμηλού ρεύματος με ενσωματωμένο PGA, ενσωματωμένη αναφορά, αναλογική είσοδο και buffer αναφοράς.
Ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιείτε ρεύμα οδήγησης ή τάση οδήγησης, συνιστάται μια αναλογική διαμόρφωση στην οποία η τάση αναφοράς και η τάση αισθητήρα προέρχονται από την ίδια πηγή οδήγησης. Αυτό σημαίνει ότι οποιαδήποτε αλλαγή στην πηγή διέγερσης δεν θα επηρεάσει την ακρίβεια της μέτρησης.
Στο σχήμα 5 φαίνεται το σταθερό ρεύμα οδήγησης για το θερμίστορ και την αντίσταση ακριβείας RREF. Η τάση που αναπτύσσεται στα άκρα του RREF είναι η τάση αναφοράς για τη μέτρηση του θερμίστορ.
Το ρεύμα πεδίου δεν χρειάζεται να είναι ακριβές και μπορεί να είναι λιγότερο σταθερό, καθώς τυχόν σφάλματα στο ρεύμα πεδίου θα εξαλειφθούν σε αυτήν τη διαμόρφωση. Γενικά, η διέγερση ρεύματος προτιμάται έναντι της διέγερσης τάσης λόγω του ανώτερου ελέγχου ευαισθησίας και της καλύτερης ανοσίας θορύβου όταν ο αισθητήρας βρίσκεται σε απομακρυσμένες τοποθεσίες. Αυτός ο τύπος μεθόδου πόλωσης χρησιμοποιείται συνήθως για RTD ή θερμίστορ με χαμηλές τιμές αντίστασης. Ωστόσο, για ένα θερμίστορ με υψηλότερη τιμή αντίστασης και υψηλότερη ευαισθησία, το επίπεδο σήματος που παράγεται από κάθε αλλαγή θερμοκρασίας θα είναι μεγαλύτερο, επομένως χρησιμοποιείται διέγερση τάσης. Για παράδειγμα, ένα θερμίστορ 10 kΩ έχει αντίσταση 10 kΩ στους 25°C. Στους -50°C, η αντίσταση του θερμίστορ NTC είναι 441,117 kΩ. Το ελάχιστο ρεύμα οδήγησης των 50 µA που παρέχεται από το AD7124-4/AD7124-8 παράγει 441,117 kΩ × 50 µA = 22 V, το οποίο είναι πολύ υψηλό και εκτός του εύρους λειτουργίας των περισσότερων διαθέσιμων ADC που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον τομέα εφαρμογής. Τα θερμίστορ συνήθως συνδέονται ή βρίσκονται κοντά στα ηλεκτρονικά, επομένως δεν απαιτείται ατρωσία στο ρεύμα οδήγησης.
Η προσθήκη μιας αντίστασης ανίχνευσης σε σειρά ως κύκλωμα διαιρέτη τάσης θα περιορίσει το ρεύμα που διαπερνά το θερμίστορ στην ελάχιστη τιμή αντίστασής του. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, η τιμή της αντίστασης ανίχνευσης RSENSE πρέπει να είναι ίση με την τιμή της αντίστασης του θερμίστορ σε θερμοκρασία αναφοράς 25°C, έτσι ώστε η τάση εξόδου να είναι ίση με το μέσο σημείο της τάσης αναφοράς στην ονομαστική θερμοκρασία των 25°CC. Ομοίως, εάν χρησιμοποιηθεί ένα θερμίστορ 10 kΩ με αντίσταση 10 kΩ στους 25°C, το RSENSE θα πρέπει να είναι 10 kΩ. Καθώς αλλάζει η θερμοκρασία, αλλάζει και η αντίσταση του θερμίστορ NTC, καθώς και ο λόγος της τάσης οδήγησης στα άκρα του θερμίστορ, με αποτέλεσμα η τάση εξόδου να είναι ανάλογη με την αντίσταση του θερμίστορ NTC.
Εάν η επιλεγμένη τάση αναφοράς που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του θερμίστορ ή/και του RSENSE ταιριάζει με την τάση αναφοράς ADC που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση, το σύστημα ρυθμίζεται σε αναλογιομετρική μέτρηση (Σχήμα 7), έτσι ώστε οποιαδήποτε πηγή τάσης σφάλματος που σχετίζεται με τη διέγερση να είναι πολωμένη για να αφαιρεθεί.
Σημειώστε ότι είτε η αντίσταση ανίχνευσης (που καθοδηγείται από την τάση) είτε η αντίσταση αναφοράς (που καθοδηγείται από το ρεύμα) θα πρέπει να έχει χαμηλή αρχική ανοχή και χαμηλή μετατόπιση, καθώς και οι δύο μεταβλητές μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια ολόκληρου του συστήματος.
Όταν χρησιμοποιούνται πολλαπλά θερμίστορ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μία τάση διέγερσης. Ωστόσο, κάθε θερμίστορ πρέπει να έχει τη δική του αντίσταση ακριβείας ανίχνευσης, όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Μια άλλη επιλογή είναι η χρήση ενός εξωτερικού πολυπλέκτη ή διακόπτη χαμηλής αντίστασης στην κατάσταση ενεργοποίησης, η οποία επιτρέπει την κοινή χρήση μίας αντίστασης ακριβείας ανίχνευσης. Με αυτήν τη διαμόρφωση, κάθε θερμίστορ χρειάζεται κάποιο χρόνο σταθεροποίησης κατά τη μέτρηση.
Συνοπτικά, κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας που βασίζεται σε θερμίστορ, υπάρχουν πολλά ερωτήματα που πρέπει να λάβετε υπόψη: η επιλογή αισθητήρα, η καλωδίωση του αισθητήρα, οι συμβιβασμοί επιλογής εξαρτημάτων, η διαμόρφωση του ADC και ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι διάφορες μεταβλητές επηρεάζουν τη συνολική ακρίβεια του συστήματος. Το επόμενο άρθρο αυτής της σειράς εξηγεί πώς να βελτιστοποιήσετε τον σχεδιασμό του συστήματός σας και τον συνολικό προϋπολογισμό σφαλμάτων συστήματος για να επιτύχετε την απόδοση-στόχο σας.
Ώρα δημοσίευσης: 30 Σεπτεμβρίου 2022