Sa a se premye atik nan yon seri an de pati. Atik sa a pral premye diskite sou istwa ak defi konsepsyontanperati ki baze sou tèmistòsistèm mezi yo, ansanm ak konparezon yo ak sistèm mezi tanperati tèmomèt rezistans (RTD). Li pral dekri tou chwa tèmistò a, konpwomi konfigirasyon yo, ak enpòtans konvètisè analòg-dijital sigma-delta (ADC) nan domèn aplikasyon sa a. Dezyèm atik la pral detaye kijan pou optimize ak evalye sistèm mezi final ki baze sou tèmistò a.
Jan sa dekri nan seri atik anvan an, Optimize Sistèm Capteur Tanperati RTD, yon RTD se yon rezistans ki gen rezistans varye avèk tanperati a. Tèmistè yo fonksyone menm jan ak RTD yo. Kontrèman ak RTD yo, ki sèlman gen yon koyefisyan tanperati pozitif, yon tèmistè ka gen yon koyefisyan tanperati pozitif oswa negatif. Tèmistè ki gen koyefisyan tanperati negatif (NTC) diminye rezistans yo lè tanperati a monte, alòske tèmistè ki gen koyefisyan tanperati pozitif (PTC) ogmante rezistans yo lè tanperati a monte. Figi 1 an montre karakteristik repons tèmistè NTC ak PTC tipik yo epi li konpare yo ak koub RTD yo.
An tèm de ranje tanperati, koub RTD a prèske lineyè, epi detèktè a kouvri yon ranje tanperati pi laj pase tèmistò yo (tipikman -200°C a +850°C) akòz nati non lineyè (eksponsyèl) tèmistò a. RTD yo anjeneral bay nan koub estanda byen koni, alòske koub tèmistò yo varye selon manifakti a. Nou pral diskite sa an detay nan seksyon gid seleksyon tèmistò nan atik sa a.
Tèmistè yo fèt ak materyèl konpoze, anjeneral seramik, polymère, oswa semi-kondiktè (anjeneral oksid metal) ak metal pi (platinum, nikèl, oswa kwiv). Tèmistè yo ka detekte chanjman tanperati pi vit pase RTD, sa ki bay yon fidbak pi rapid. Se poutèt sa, tèmistè yo souvan itilize pa detèktè nan aplikasyon ki mande pou pri ki ba, ti gwosè, repons pi rapid, pi gwo sansiblite, ak yon seri tanperati limite, tankou kontwòl elektwonik, kontwòl kay ak bilding, laboratwa syantifik, oswa konpansasyon jonksyon frèt pou tèrmokoupl nan aplikasyon komèsyal oswa endistriyèl. Aplikasyon yo.
Nan pifò ka yo, yo itilize tèmistò NTC pou mezire tanperati avèk presizyon, pa tèmistò PTC. Gen kèk tèmistò PTC ki disponib ki ka itilize nan sikui pwoteksyon kont surkouran oswa kòm fizib ki ka re-mete an plas pou aplikasyon sekirite. Koub rezistans-tanperati yon tèmistò PTC montre yon rejyon NTC ki piti anpil anvan li rive nan pwen chanjman an (oswa pwen Curie), pi wo pase ki rezistans lan ogmante rapidman pa plizyè lòd mayitid nan seri plizyè degre Sèlsiyis. Anba kondisyon surkouran, tèmistò PTC a pral jenere yon gwo oto-chofaj lè tanperati chanjman an depase, epi rezistans li ap ogmante rapidman, sa ki pral diminye kouran antre nan sistèm nan, kidonk anpeche domaj. Pwen chanjman tèmistò PTC yo tipikman ant 60°C ak 120°C epi li pa apwopriye pou kontwole mezi tanperati nan yon pakèt aplikasyon. Atik sa a konsantre sou tèmistò NTC, ki ka tipikman mezire oswa kontwole tanperati ki sòti nan -80°C a +150°C. Tèmistè NTC yo gen evalyasyon rezistans ki varye ant kèk ohm rive nan 10 MΩ a 25°C. Jan yo montre nan figi 1, chanjman nan rezistans pou chak degre Sèlsiyis pou tèmistè yo pi pwononse pase pou tèmomèt rezistans yo. Konpare ak tèmistè yo, gwo sansiblite tèmistè a ak gwo valè rezistans li senplifye sikui antre li yo, piske tèmistè yo pa bezwen okenn konfigirasyon fil elektrik espesyal, tankou 3 fil oswa 4 fil, pou konpanse pou rezistans plon an. Konsepsyon tèmistè a itilize sèlman yon senp konfigirasyon 2 fil.
Mezi tanperati ki baze sou tèmistò ak gwo presizyon mande pou tretman siyal presi, konvèsyon analòg-a-dijital, linearizasyon, ak konpansasyon, jan yo montre nan figi 2.
Malgre ke chèn siyal la ka sanble senp, gen plizyè konpleksite ki afekte gwosè, pri ak pèfòmans tout kat manman an. Pòtfolyo ADC presizyon ADI a gen ladan plizyè solisyon entegre, tankou AD7124-4/AD7124-8 la, ki bay yon kantite avantaj pou konsepsyon sistèm tèmik paske pifò nan blòk konstriksyon ki nesesè pou yon aplikasyon yo entegre. Sepandan, gen plizyè defi nan konsepsyon ak optimize solisyon mezi tanperati ki baze sou tèmistò.
Atik sa a diskite sou chak pwoblèm sa yo epi li bay rekòmandasyon pou rezoud yo epi senplifye pwosesis konsepsyon pou sistèm sa yo plis toujou.
Gen yon gran varyeteTèmistè NTC yosou mache a jodi a, kidonk chwazi bon tèmistò a pou aplikasyon w lan kapab yon travay redoutable. Remake byen ke tèmistò yo klase pa valè nominal yo, ki se rezistans nominal yo a 25°C. Se poutèt sa, yon tèmistò 10 kΩ gen yon rezistans nominal 10 kΩ a 25°C. Tèmistò yo gen valè rezistans nominal oswa debaz ki varye ant kèk ohm ak 10 MΩ. Tèmistò ki gen evalyasyon rezistans ki ba (rezistans nominal 10 kΩ oswa mwens) tipikman sipòte pi ba ranje tanperati, tankou -50°C a +70°C. Tèmistò ki gen evalyasyon rezistans ki pi wo ka reziste tanperati jiska 300°C.
Eleman tèmistò a fèt ak oksid metal. Tèmistò yo disponib nan fòm boul, radyal ak SMD. Pèl tèmistò yo kouvri ak epoksi oswa ankapsule an vè pou plis pwoteksyon. Tèmistò boul kouvri ak epoksi, tèmistò radyal ak tèmistò sifas yo apwopriye pou tanperati jiska 150°C. Tèmistò pèl vè yo apwopriye pou mezire tanperati ki wo. Tout kalite kouch/anbalaj pwoteje tou kont korozyon. Gen kèk tèmistò ki pral genyen tou lojman adisyonèl pou plis pwoteksyon nan anviwònman difisil. Tèmistò pèl yo gen yon tan repons pi rapid pase tèmistò radyal/SMD. Sepandan, yo pa osi dirab. Se poutèt sa, kalite tèmistò ki itilize a depann de aplikasyon final la ak anviwònman kote tèmistò a ye a. Estabilite alontèm yon tèmistò depann de materyèl li, anbalaj li ak konsepsyon li. Pa egzanp, yon tèmistò NTC kouvri ak epoksi ka chanje 0.2°C pa ane, pandan ke yon tèmistò sele sèlman chanje 0.02°C pa ane.
Tèmistè yo vini ak diferan presizyon. Tèmistè estanda yo tipikman gen yon presizyon 0.5°C a 1.5°C. Evalyasyon rezistans tèmistè a ak valè beta a (rapò 25°C a 50°C/85°C) gen yon tolerans. Remake byen ke valè beta tèmistè a varye selon manifakti a. Pa egzanp, tèmistè NTC 10 kΩ ki soti nan diferan manifakti ap gen diferan valè beta. Pou sistèm ki pi egzak, yo ka itilize tèmistè tankou seri Omega™ 44xxx la. Yo gen yon presizyon 0.1°C oswa 0.2°C sou yon seri tanperati 0°C a 70°C. Se poutèt sa, seri tanperati yo ka mezire ak presizyon ki nesesè sou seri tanperati sa a detèmine si tèmistè yo apwopriye pou aplikasyon sa a. Tanpri sonje ke pi wo presizyon seri Omega 44xxx la, se pi wo pri a ye.
Pou konvèti rezistans an degre Sèlsiyis, yo anjeneral itilize valè beta a. Yo detèmine valè beta a lè yo konnen de pwen tanperati yo ak rezistans ki koresponn lan nan chak pwen tanperati.
RT1 = Rezistans tanperati 1 RT2 = Rezistans tanperati 2 T1 = Tanperati 1 (K) T2 = Tanperati 2 (K)
Itilizatè a itilize valè beta ki pi pre seri tanperati ki itilize nan pwojè a. Pifò fich done tèmistò yo bay yon valè beta ansanm ak yon tolerans rezistans a 25°C ak yon tolerans pou valè beta a.
Tèmistè ki gen pi gwo presizyon ak solisyon tèminasyon ki gen gwo presizyon tankou seri Omega 44xxx la itilize ekwasyon Steinhart-Hart la pou konvèti rezistans an degre Sèlsiyis. Ekwasyon 2 a mande twa konstan A, B, ak C, ke manifakti detèktè a bay ankò. Paske koyefisyan ekwasyon yo pwodui lè l sèvi avèk twa pwen tanperati, ekwasyon ki rezilta a minimize erè ki prezante pa linearizasyon an (tipikman 0.02 °C).
A, B ak C se konstan ki sòti nan twa pwen tanperati konsigne. R = rezistans tèmistò an ohm T = tanperati an K degre
Figi 3 la montre eksitasyon kouran detèktè a. Yo aplike kouran kondwi a nan tèmistò a epi menm kouran an aplike nan rezistans presizyon an; yo itilize yon rezistans presizyon kòm referans pou mezire. Valè rezistans referans lan dwe pi gran pase oswa egal a pi gwo valè rezistans tèmistò a (selon tanperati ki pi ba a ki mezire nan sistèm nan).
Lè w ap chwazi kouran eksitasyon an, fòk ou pran an kont rezistans maksimòm tèmistò a ankò. Sa asire ke vòltaj ki travèse detèktè a ak rezistans referans lan toujou nan yon nivo akseptab pou elektwonik yo. Sous kouran chan an bezwen yon ti espas oswa yon adaptasyon pwodiksyon. Si tèmistò a gen yon rezistans ki wo nan tanperati ki pi ba a ki ka mezire, sa ap lakòz yon kouran kondwi ki trè ba. Se poutèt sa, vòltaj ki pwodui atravè tèmistò a nan tanperati ki wo a piti. Ou ka itilize etap gen pwogramasyon pou optimize mezi siyal nivo ki ba sa yo. Sepandan, yo dwe pwograme gen an dinamik paske nivo siyal ki soti nan tèmistò a varye anpil ak tanperati a.
Yon lòt opsyon se fikse gen an men itilize kouran kondwi dinamik. Kidonk, pandan nivo siyal ki soti nan tèmistò a chanje, valè kouran kondwi a chanje dinamikman pou vòltaj ki devlope atravè tèmistò a nan limit antre espesifye aparèy elektwonik la. Itilizatè a dwe asire ke vòltaj ki devlope atravè rezistans referans lan tou nan yon nivo akseptab pou elektwonik yo. Tou de opsyon yo mande yon wo nivo kontwòl, siveyans konstan vòltaj ki atravè tèmistò a pou elektwonik yo ka mezire siyal la. Èske gen yon opsyon ki pi fasil? Konsidere eksitasyon vòltaj.
Lè yo aplike vòltaj DC sou tèmistò a, kouran ki pase nan tèmistò a ogmante otomatikman pandan rezistans tèmistò a ap chanje. Kounye a, lè l sèvi avèk yon rezistans mezi presizyon olye de yon rezistans referans, objektif li se kalkile kouran ki ap koule nan tèmistò a, kidonk pèmèt kalkile rezistans tèmistò a. Piske vòltaj kondwi a itilize tou kòm siyal referans ADC a, pa gen okenn etap gen ki nesesè. Processeur a pa gen travay pou siveye vòltaj tèmistò a, detèmine si nivo siyal la ka mezire pa elektwonik yo, epi kalkile ki valè gen/kouran kondwi ki bezwen ajiste. Se metòd sa a yo itilize nan atik sa a.
Si tèmistò a gen yon ti rezistans nominal ak yon ti ranje rezistans, yo ka itilize eksitasyon vòltaj oswa kouran. Nan ka sa a, yo ka fikse kouran kondwi a ak genyen an. Kidonk, sikwi a ap jan yo montre nan Figi 3. Metòd sa a pratik paske li posib pou kontwole kouran an atravè detèktè a ak rezistans referans lan, sa ki enpòtan nan aplikasyon ki gen ti pouvwa. Anplis de sa, oto-chofaj tèmistò a minimize.
Yo kapab itilize eksitasyon vòltaj tou pou tèmistò ki gen rezistans ki ba. Sepandan, itilizatè a dwe toujou asire ke kouran ki pase nan detèktè a pa twò wo pou detèktè a oswa aplikasyon an.
Eksitasyon vòltaj senplifye aplikasyon an lè w ap itilize yon tèmistò ki gen yon gwo rezistans nominal ak yon pakèt tanperati. Yon rezistans nominal ki pi gwo bay yon nivo kouran nominal ki akseptab. Sepandan, konsèpteur yo bezwen asire ke kouran an nan yon nivo akseptab sou tout seri tanperati aplikasyon an sipòte a.
ADC Sigma-Delta yo ofri plizyè avantaj lè w ap desine yon sistèm mezi tèmistò. Premyèman, paske ADC sigma-delta a re-echantiyone antre analòg la, filtraj ekstèn lan rete minimòm epi sèl egzijans lan se yon senp filtè RC. Yo bay fleksibilite nan kalite filtè ak vitès baud pwodiksyon an. Filtraj dijital entegre a ka itilize pou siprime nenpòt entèferans nan aparèy ki mache ak kouran elektrik la. Aparèy 24-bit tankou AD7124-4/AD7124-8 la gen yon rezolisyon konplè jiska 21.7 bit, kidonk yo bay yon rezolisyon ki wo.
Itilizasyon yon ADC sigma-delta senplifye konsepsyon tèmistò a anpil pandan l ap diminye spesifikasyon, pri sistèm, espas sou tablo a, ak tan pou mete l sou mache a.
Atik sa a itilize AD7124-4/AD7124-8 kòm ADC paske yo se ADC presizyon ki pa fè anpil bri, ki pa gen anpil kouran, ak PGA entegre, referans entegre, antre analòg, ak memwa tanpon referans.
Kit w ap itilize kouran kondwi oswa vòltaj kondwi, li rekòmande pou w itilize yon konfigirasyon rapòometrik kote vòltaj referans lan ak vòltaj detèktè a soti nan menm sous kondwi a. Sa vle di ke nenpòt chanjman nan sous eksitasyon an p ap afekte presizyon mezi a.
Nan figi 5 la, nou wè kouran konstan pou tèmistò a ak rezistans presizyon RREF la. Vòltaj ki devlope atravè RREF la se vòltaj referans pou mezire tèmistò a.
Kouran chan an pa bezwen egzak epi li ka mwens estab paske nenpòt erè nan kouran chan an pral elimine nan konfigirasyon sa a. Anjeneral, eksitasyon kouran pi pito pase eksitasyon vòltaj akòz kontwòl sansiblite siperyè ak pi bon iminite bri lè detèktè a sitiye nan kote ki lwen. Kalite metòd polarizasyon sa a tipikman itilize pou RTD oswa tèmistò ki gen valè rezistans ki ba. Sepandan, pou yon tèmistò ki gen yon valè rezistans ki pi wo ak pi gwo sansiblite, nivo siyal ki pwodui pa chak chanjman tanperati a pral pi gwo, kidonk yo itilize eksitasyon vòltaj. Pa egzanp, yon tèmistò 10 kΩ gen yon rezistans 10 kΩ a 25°C. A -50°C, rezistans tèmistò NTC a se 441.117 kΩ. Kouran kondwi minimòm 50 µA ki bay pa AD7124-4/AD7124-8 la jenere 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, ki twò wo epi ki deyò limit fonksyònman pifò ADC ki disponib yo itilize nan zòn aplikasyon sa a. Tèmistè yo anjeneral konekte oswa sitiye toupre elektwonik yo, kidonk iminite kont kouran kondwi a pa obligatwa.
Ajoute yon rezistans deteksyon an seri kòm yon sikwi divizè vòltaj ap limite kouran ki pase nan tèmistò a nan valè rezistans minimòm li. Nan konfigirasyon sa a, valè rezistans deteksyon RSENSE a dwe egal a valè rezistans tèmistò a nan yon tanperati referans 25°C, konsa vòltaj pwodiksyon an ap egal a pwen mitan vòltaj referans lan nan tanperati nominal li ki se 25°CC. Menm jan an tou, si yo itilize yon tèmistò 10 kΩ ak yon rezistans 10 kΩ a 25°C, RSENSE ta dwe 10 kΩ. Lè tanperati a chanje, rezistans tèmistò NTC a chanje tou, epi rapò vòltaj kondwi a atravè tèmistò a chanje tou, sa ki lakòz vòltaj pwodiksyon an pwopòsyonèl ak rezistans tèmistò NTC a.
Si referans vòltaj ki chwazi pou bay tèmistò a ak/oswa RSENSE kouran an koresponn ak vòltaj referans ADC ki itilize pou mezi a, sistèm nan mete sou mezi ratiometrik (Figi 7) pou nenpòt sous vòltaj erè ki gen rapò ak eksitasyon an ka polarize pou retire li.
Remake byen ke swa rezistans deteksyon an (ki mache ak vòltaj) oswa rezistans referans lan (ki mache ak kouran) ta dwe gen yon tolerans inisyal ki ba epi yon derive ki ba, paske tou de varyab yo ka afekte presizyon tout sistèm nan.
Lè w ap itilize plizyè tèmistò, ou ka itilize yon sèl vòltaj eksitasyon. Sepandan, chak tèmistò dwe gen pwòp rezistans deteksyon presizyon li, jan yo montre nan fig. 8. Yon lòt opsyon se itilize yon miltipleksè ekstèn oswa yon switch ki gen ba rezistans nan eta limen an, ki pèmèt pataje yon sèl rezistans deteksyon presizyon. Avèk konfigirasyon sa a, chak tèmistò bezwen yon ti tan pou etabli lè y ap mezire li.
An rezime, lè w ap desine yon sistèm mezi tanperati ki baze sou tèmistò, gen anpil kesyon pou konsidere: seleksyon detèktè, fil elektrik detèktè, konpwomi seleksyon konpozan, konfigirasyon ADC, ak kijan varyab sa yo afekte presizyon jeneral sistèm nan. Pwochen atik nan seri sa a eksplike kijan pou optimize konsepsyon sistèm ou an ak bidjè erè jeneral sistèm nan pou atenn pèfòmans sib ou.
Dat piblikasyon: 30 septanm 2022