Ин аввалин мақола дар силсилаи ду қисм аст.Ин мақола аввал таърих ва мушкилоти тарроҳии онро баррасӣ хоҳад кардҳарорат дар асоси термисторсистемахои ченкунй, инчунин мукоисаи онхо бо системахои ченкунии харорати термометри муковимат (RTD).Он инчунин интихоби термистор, конфигуратсияи конфигуратсия ва аҳамияти конвертерҳои аналогӣ-рақамӣ (ADCs) дар ин соҳаи барномаро тавсиф мекунад.Дар мақолаи дуюм чӣ гуна оптимизатсия ва арзёбии системаи ченкунии ниҳоии термистор асос ёфтааст, муфассал шарҳ дода мешавад.
Тавре ки дар силсилаи мақолаҳои қаблӣ тавсиф шудааст, Оптимизатсияи системаҳои сенсори ҳарорат RTD, RTD як муқовиматест, ки муқовимати он бо ҳарорат фарқ мекунад.Термисторҳо ба монанди RTD кор мекунанд.Баръакси RTDs, ки танҳо коэффисиенти мусбати ҳарорат доранд, термистор метавонад коэффисиенти мусбат ё манфӣ дошта бошад.Термисторҳои ҳарорат коэффисиенти манфӣ (NTC) муқовимати худро ҳангоми баланд шудани ҳарорат коҳиш медиҳанд, дар ҳоле ки термисторҳои коэффисиенти мусбати ҳарорат муқовимати худро ҳангоми баланд шудани ҳарорат зиёд мекунанд.Дар расм.1 хусусиятҳои вокуниши термисторҳои маъмулии NTC ва PTC-ро нишон медиҳад ва онҳоро бо каҷҳои RTD муқоиса мекунад.
Дар робита ба диапазони ҳарорат, хати каҷи RTD қариб хатӣ аст ва сенсор аз сабаби табиати ғайрихаттӣ (экспоненсиалӣ) термистор нисбат ба термисторҳо (одатан -200°C то +850°C) доираи васеътари ҳароратро фаро мегирад.RTDҳо одатан дар каҷҳои маъруфи стандартишуда таъмин карда мешаванд, дар ҳоле ки каҷҳои термисторӣ аз рӯи истеҳсолкунанда фарқ мекунанд.Мо инро дар фасли дастури интихоби термистор дар ин мақола муфассал муҳокима хоҳем кард.
Термисторҳо аз маводи таркибӣ, одатан сафолӣ, полимерҳо ё нимноқилҳо (одатан оксидҳои металлӣ) ва металлҳои холис (платина, никел ё мис) сохта мешаванд.Термисторҳо метавонанд тағирёбии ҳароратро нисбат ба RTD зудтар муайян кунанд ва аксуламали тезтарро таъмин кунанд.Аз ин рӯ, термисторҳо одатан аз ҷониби сенсорҳо дар барномаҳое истифода мешаванд, ки арзиши кам, андозаи хурд, вокуниши тезтар, ҳассосияти баланд ва доираи маҳдуди ҳароратро талаб мекунанд, ба монанди назорати электроника, назорати хона ва бино, лабораторияҳои илмӣ ё ҷуброни пайванди сард барои термопарҳо дар тиҷорат ё барномаҳои саноатӣ.максадхо.Барномаҳо.
Дар аксари ҳолатҳо, термисторҳои NTC барои ченкунии дақиқи ҳарорат истифода мешаванд, на термисторҳои PTC.Баъзе термисторҳои PTC мавҷуданд, ки онҳоро дар схемаҳои муҳофизати аз ҳад зиёд ё ҳамчун муҳофизаткунандаи аз нав танзимшаванда барои барномаҳои бехатарӣ истифода бурдан мумкин аст.Хатти каҷи муқовимат-ҳарорати термистори PTC як минтақаи хеле хурди NTC-ро пеш аз расидан ба нуқтаи гузариш (ё нуқтаи Кюри) нишон медиҳад, ки аз болои он муқовимат бо чанд дараҷа дар ҳудуди чанд дараҷа гарм мешавад.Дар шароити аз ҳад зиёди ҷараён, термистори PTC вақте ки ҳарорати гузариш аз ҳад зиёд мешавад, худидоракунии қавӣ ба вуҷуд меорад ва муқовимати он якбора баланд мешавад, ки ҷараёни вурудро ба система коҳиш медиҳад ва ба ин васила зарарро пешгирӣ мекунад.Нуқтаи гузариши термисторҳои PTC маъмулан аз 60 ° C то 120 ° C аст ва барои назорати андозагирии ҳарорат дар доираи васеи барномаҳо мувофиқ нест.Ин мақола ба термисторҳои NTC тамаркуз мекунад, ки одатан метавонанд ҳароратро аз -80 ° C то +150 ° C чен кунанд ё назорат кунанд.Термисторҳои NTC дорои рейтинги муқовимат аз чанд Ом то 10 MΩ дар 25 ° C мебошанд.Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.1, тағирёбии муқовимат дар як дараҷа барои термисторҳо нисбат ба термометрҳои муқовимат бештар возеҳтар аст.Дар муқоиса бо термисторҳо, ҳассосияти баланд ва арзиши муқовимати баланди термистор схемаи вуруди онро содда мекунад, зеро термисторҳо барои ҷуброни муқовимати сурб конфигуратсияи махсуси ноқилҳо, ба монанди 3-сим ё 4-симро талаб намекунанд.Тарҳрезии термистор танҳо конфигуратсияи оддии 2-симро истифода мебарад.
Андозагирии ҳарорат дар асоси термистори дақиқи баланд коркарди дақиқи сигнал, табдили аналогӣ ба рақамӣ, хаттӣсозӣ ва ҷубронро талаб мекунад, тавре ки дар расми 9 нишон дода шудааст.2.
Гарчанде ки занҷири сигнал оддӣ ба назар мерасад, якчанд мушкилиҳо вуҷуд доранд, ки ба андоза, арзиш ва иҷрои тамоми motherboard таъсир мерасонанд.Портфели дақиқи ADC-и ADI дорои якчанд қарорҳои ҳамгирошуда, ба монанди AD7124-4/AD7124-8 мебошад, ки як қатор бартариҳоро барои тарҳрезии системаи гармидиҳӣ таъмин мекунанд, зеро аксари блокҳои сохтмонӣ барои барнома дарунанд.Бо вуҷуди ин, дар тарҳрезӣ ва оптимизатсияи ҳалли андозагирии ҳарорат дар асоси термистор мушкилоти гуногун вуҷуд дорад.
Дар ин мақола ҳар яке аз ин масъалаҳо баррасӣ шуда, барои ҳалли онҳо ва боз ҳам содда кардани раванди тарҳрезии чунин системаҳо тавсияҳо дода мешаванд.
Гуногунии васеъ мавҷудандТермисторҳои NTCимрӯз дар бозор, аз ин рӯ интихоби термистори дуруст барои барномаи шумо метавонад кори душвор бошад.Дар хотир доред, ки термисторҳо аз рӯи арзиши номиналии онҳо номбар шудаанд, ки муқовимати номиналии онҳо дар 25 ° C мебошад.Аз ин рӯ, термистори 10 кОм муқовимати номиналии 10 кОм дар 25 ° C дорад.Термисторҳо дорои арзишҳои муқовимати номиналӣ ё асосӣ мебошанд, ки аз якчанд Ом то 10 МΩ мебошанд.Термисторҳо бо рейтингҳои муқовимати паст (муқовимати номиналии 10 кОм ё камтар) маъмулан диапазони ҳарорати пастро дастгирӣ мекунанд, ба монанди -50 ° C то +70 ° C.Термисторҳо бо рейтингҳои муқовимати баландтар метавонанд ба ҳарорати то 300 ° C тоб оваранд.
Элементи термистор аз оксиди металлӣ сохта шудааст.Термисторҳо дар шакли тӯб, радиалӣ ва SMD мавҷуданд.Маҳтобҳои термисторӣ барои муҳофизати иловагӣ эпокси ё шиша капсула карда мешаванд.Термисторҳои радиалӣ ва рӯизаминӣ барои ҳароратҳои то 150°С мувофиқанд.Термисторҳои шишагин барои чен кардани ҳарорати баланд мувофиқанд.Ҳама намудҳои пӯшишҳо / бастаҳо инчунин аз зангзанӣ муҳофизат мекунанд.Баъзе термисторҳо инчунин барои муҳофизати иловагӣ дар муҳити сахт корпусҳои иловагӣ доранд.Термисторҳои бед нисбат ба термисторҳои радиалӣ/SMD вақти вокуниши тезтар доранд.Бо вуҷуди ин, онҳо он қадар устувор нестанд.Аз ин рӯ, намуди термистори истифодашуда аз барномаи ниҳоӣ ва муҳити ҷойгиршавии термистор вобаста аст.Устувории дарозмуддати термистор аз мавод, бастабандӣ ва тарҳи он вобаста аст.Масалан, термистори NTC бо эпоксидпӯшшуда метавонад дар як сол 0,2 ° C тағир ёбад, дар ҳоле ки термистори мӯҳршуда танҳо 0,02 ° C дар як сол тағир меёбад.
Термисторҳо бо дақиқии гуногун меоянд.Термисторҳои стандартӣ одатан аз 0,5 ° C то 1,5 ° C дақиқӣ доранд.Рейтинги муқовимати термистор ва арзиши бета (таносуби 25 ° C то 50 ° C/85 ° C) таҳаммулпазирӣ доранд.Дар хотир доред, ки арзиши бета термистор вобаста ба истеҳсолкунанда фарқ мекунад.Масалан, термисторҳои 10 кОм NTC аз истеҳсолкунандагони гуногун арзишҳои гуногуни бета доранд.Барои системаҳои дақиқтар термисторҳо ба монанди силсилаи Omega™ 44xxx метавонанд истифода шаванд.Онҳо дақиқии 0,1 ° C ё 0,2 ° C дар доираи ҳарорати аз 0 ° C то 70 ° C доранд.Аз ин рӯ, диапазони ҳароратҳое, ки чен кардан мумкин аст ва дақиқии талаб дар ин диапазони ҳарорат муайян мекунад, ки термисторҳо барои ин барнома мувофиқанд.Лутфан таваҷҷӯҳ намоед, ки дақиқии силсилаи Omega 44xxx баландтар бошад, арзиши он баландтар аст.
Барои табдил додани муқовимат ба дараҷаҳои Celsius, одатан арзиши бета истифода мешавад.Арзиши бета бо донистани ду нуқтаи ҳарорат ва муқовимати мувофиқ дар ҳар як нуқтаи ҳарорат муайян карда мешавад.
RT1 = Муқовимат ба ҳарорат 1 RT2 = Муқовимат ба ҳарорат 2 T1 = Ҳарорат 1 (К) T2 = Ҳарорат 2 (К)
Истифодабаранда арзиши бетаро ба диапазони ҳарорати дар лоиҳа наздиктарин истифода мебарад.Аксар варақаҳои иттилоотии термистор арзиши бетаро дар баробари таҳаммулпазирии муқовимат дар 25°C ва таҳаммулпазирӣ ба арзиши бета номбар мекунанд.
Термисторҳои дақиқтар ва ҳалли қатъии дақиқи баланд ба монанди силсилаи Omega 44xxx муодилаи Штейнҳарт-Хартро барои табдил додани муқовимат ба дараҷаҳои Селсий истифода мебаранд.Муодилаи 2 се доимии A, B ва C-ро талаб мекунад, ки боз аз ҷониби истеҳсолкунандаи сенсор пешниҳод карда мешавад.Азбаски коэффисиентҳои муодила бо истифода аз се нуқтаи ҳарорат тавлид карда мешаванд, муодилаи натиҷа хатогиро, ки тавассути хаттӣ ҷорӣ шудааст (одатан 0,02 °C) кам мекунад.
A, B ва C доимӣ мебошанд, ки аз се нуқтаи муқаррарии ҳарорат гирифта шудаанд.R = муқовимати термистор дар ohms T = ҳарорат дар K дараҷа
Дар расм.3 ҳаяҷонбахши ҷории сенсорро нишон медиҳад.Ҷараёни гардонанда ба термистор ва ҳамон ҷараён ба муқовимати дақиқ истифода мешавад;муқовимати дақиқ ҳамчун истинод барои андозагирӣ истифода мешавад.Қимати муқовимати истинод бояд аз арзиши баландтарини муқовимати термистор зиёд ё баробар бошад (вобаста ба ҳарорати пасттарин дар система чен карда мешавад).
Ҳангоми интихоби ҷараёни барангезанда муқовимати максималии термисторро боз ба назар гирифтан лозим аст.Ин кафолат медиҳад, ки шиддат дар сенсор ва муқовимати истинод ҳамеша дар сатҳи қобили қабули электроника бошад.Сарчашмаи ҷории саҳро баъзе мувофиқати сарлавҳа ё баромадро талаб мекунад.Агар термистор дар ҳарорати пасттарини ченшаванда муқовимати баланд дошта бошад, ин боиси ҷараёни хеле пасти диск мегардад.Аз ин рӯ, шиддати дар термистор дар ҳарорати баланд тавлидшуда хурд аст.Марҳилаҳои фоидаи барномарезишаванда метавонанд барои оптимизатсияи андозагирии ин сигналҳои сатҳи паст истифода шаванд.Аммо, фоида бояд ба таври динамикӣ барномарезӣ карда шавад, зеро сатҳи сигнал аз термистор бо ҳарорат хеле фарқ мекунад.
Варианти дигар ин муқаррар кардани фоида, аммо истифодаи ҷараёни динамикӣ мебошад.Аз ин рӯ, вақте ки сатҳи сигнал аз термистор тағир меёбад, арзиши ҷараёни гардонанда ба таври динамикӣ тағир меёбад, то шиддати дар термистор ба вуҷуд омада дар доираи муқарраршудаи вуруди дастгоҳи электронӣ бошад.Истифодабаранда бояд боварӣ ҳосил кунад, ки шиддати дар муқовимати истинод ба вуҷуд омада низ дар сатҳи қобили қабули электроника бошад.Ҳарду вариант сатҳи баланди назорат, назорати доимии шиддати термисторро талаб мекунад, то электроника сигналро чен кунад.Оё варианти осонтар вуҷуд дорад?Барангезиши шиддатро баррасӣ кунед.
Вақте ки ба термистор шиддати доимӣ дода мешавад, ҷараёни тавассути термистор ба таври худкор миқёси муқовимати термисторро тағир медиҳад.Ҳоло, бо истифода аз муқовимати дақиқи ченкунӣ ба ҷои резистори истинод, ҳадафи он ҳисоб кардани ҷараёнест, ки аз термистор мегузарад ва ба ин васила имкон медиҳад муқовимати термистор ҳисоб карда шавад.Азбаски шиддати гардонанда инчунин ҳамчун сигнали истинод ба ADC истифода мешавад, марҳилаи афзоиш талаб карда намешавад.Протсессор вазифаи мониторинги шиддати термистор, муайян кардани он, ки оё сатҳи сигнал тавассути электроника чен карда мешавад ва ҳисоб кардани он, ки кадом фоида / арзиши ҷориро танзим кардан лозим аст, надорад.Ин усулест, ки дар ин мақола истифода мешавад.
Агар термистор дараҷаи муқовимат ва диапазони муқовимати хурд дошта бошад, шиддат ё барангезиши ҷорӣ метавонад истифода шавад.Дар ин ҳолат, ҷараёни гардонанда ва фоидаро метавон ислоҳ кард.Ҳамин тариқ, схема дар расми 3 нишон дода мешавад. Ин усул қулай аст, ки тавассути санҷанда ва муқовимати истинод назорат кардани ҷараён имконпазир аст, ки дар барномаҳои камқувват арзишманд аст.Илова бар ин, худидоракунии термистор кам карда мешавад.
Барангезиши шиддат инчунин метавонад барои термисторҳо бо рейтингҳои муқовимати паст истифода шавад.Аммо, корбар бояд ҳамеша боварӣ ҳосил кунад, ки ҷараёни тавассути сенсор барои сенсор ё барнома хеле баланд нест.
Барангезиши шиддат иҷроишро ҳангоми истифодаи термистор бо рейтинги муқовимати калон ва доираи васеи ҳарорат осон мекунад.Муқовимати номиналии калонтар сатҳи қобили қабули ҷараёни номиналиро таъмин мекунад.Аммо, тарроҳон бояд боварӣ ҳосил кунанд, ки ҷараён дар тамоми диапазони ҳарорати аз ҷониби барнома дастгирӣшаванда дар сатҳи қобили қабул аст.
Sigma-Delta ADCs ҳангоми тарҳрезии системаи андозагирии термистор як қатор бартариҳоро пешниҳод мекунанд.Аввалан, азбаски sigma-delta ADC вуруди аналогиро дубора намуна мекунад, филтри беруна ба ҳадди ақал нигоҳ дошта мешавад ва ягона талабот филтри оддии RC аст.Онҳо чандириро дар намуди филтр ва суръати интиқоли баромад таъмин мекунанд.Филтркунии рақамии дарунсохташуда метавонад барои рафъи ҳама гуна халалҳо дар дастгоҳҳои аз шабака таъминшуда истифода шавад.Дастгоҳҳои 24-битӣ ба монанди AD7124-4/AD7124-8 дорои қарори пурраи то 21,7 бит мебошанд, бинобар ин онҳо ҳалли баландро таъмин мекунанд.
Истифодаи ADC sigma-delta тарҳи термисторро хеле содда мекунад ва ҳангоми кам кардани мушаххасот, арзиши система, фазои тахта ва вақти бозор.
Ин мақола AD7124-4/AD7124-8-ро ҳамчун ADC истифода мебарад, зеро онҳо садои паст, ҷараёни паст, ADC-ҳои дақиқ бо PGA дарунсохт, истинодҳои дарунсохт, вуруди аналогӣ ва буфери истинод мебошанд.
Новобаста аз он ки шумо ҷараёни гардонанда ё шиддати гардонандаро истифода мебаред, конфигуратсияи рационализаторӣ тавсия дода мешавад, ки дар он шиддати истинод ва шиддати сенсор аз як манбаи диск меояд.Ин маънои онро дорад, ки ҳама гуна тағирот дар манбаи ҳаяҷон ба дурустии андозагирӣ таъсир намерасонад.
Дар расм.5 ҷараёни доимии гардонандаи термистор ва муқовимати дақиқи RREF-ро нишон медиҳад, шиддате, ки дар RREF таҳия шудааст, шиддати истинод барои чен кардани термистор мебошад.
Ҷараёни майдон набояд дақиқ бошад ва метавонад камтар устувор бошад, зеро дар ин конфигуратсия ҳама гуна хатогиҳо дар ҷараёни майдон бартараф карда мешаванд.Умуман, барангезиши ҷорӣ бар ҳаяҷонбахши шиддат аз сабаби назорати олии ҳассосият ва иммунитети беҳтари садо ҳангоми ҷойгиршавии сенсор дар ҷойҳои дурдаст бартарӣ дода мешавад.Ин навъи усули ғараз одатан барои RTDs ё термисторҳо бо арзишҳои муқовимати паст истифода мешавад.Аммо, барои термисторе, ки арзиши муқовимати баландтар ва ҳассосияти баланд дорад, сатҳи сигнале, ки дар натиҷаи ҳар як тағирёбии ҳарорат тавлид мешавад, калонтар хоҳад буд, бинобар ин барангезиши шиддат истифода мешавад.Масалан, термистори 10 кОм муқовимати 10 кОм дар 25 ° C дорад.Дар -50°С муқовимати термистори NTC 441,117 кОм аст.Ҷараёни ҳадди ақали гардонандаи 50 мкА, ки аз ҷониби AD7124-4/AD7124-8 пешбинӣ шудааст, 441,117 кОм × 50 мкА = 22 В-ро ба вуҷуд меорад, ки хеле баланд ва берун аз доираи кори аксари ADC-ҳои дастрас, ки дар ин минтақаи барнома истифода мешаванд, берун аст.Термисторҳо инчунин одатан пайваст ё дар наздикии электроника ҷойгиранд, аз ин рӯ иммунитет ба интиқоли ҷараён талаб карда намешавад.
Илова кардани муқовимати эҳсосӣ дар силсила ҳамчун схемаи тақсимкунандаи шиддат ҷараёни тавассути термисторро то ҳадди ақали муқовимати он маҳдуд мекунад.Дар ин конфигуратсия, арзиши муқовимати ҳискунандаи RSENSE бояд ба арзиши муқовимати термистор дар ҳарорати истинод 25°C баробар бошад, то шиддати баромад ба нуқтаи миёнаи шиддати истинод дар ҳарорати номиналии он баробар бошад. 25°CC Ба ҳамин монанд, агар термистори 10 кОм бо муқовимати 10 кОм дар 25°C истифода шавад, RSENSE бояд 10 кОм бошад.Њангоми таѓйир ёфтани њарорат муќовимати термистори NTC низ таѓйир меёбад ва таносуби шиддати баранда дар термистор низ таѓйир меёбад, ки дар натиља шиддати баромад ба муќовимати термистори NTC мутаносиб мешавад.
Агар истинод ба шиддати интихобшуда, ки барои қувват додани термистор ва/ё RSENSE истифода мешавад, ба шиддати истинод ба ADC, ки барои ченкунӣ истифода мешавад, мувофиқат кунад, система ба андозагирии рационалиметрӣ муқаррар карда мешавад (Расми 7) то ҳама гуна манбаи шиддати хатогии марбут ба ҳаяҷон барои хориҷ кардани он ғаразнок бошад.
Дар хотир доред, ки ё муқовимати ҳассос (вольти идорашаванда) ё муқовимати истинодӣ (дар ҷараёни ҷорӣ) бояд таҳаммулпазирии ибтидоӣ ва дрейфи паст дошта бошанд, зеро ҳарду тағирёбанда метавонанд ба дақиқии тамоми система таъсир расонанд.
Ҳангоми истифодаи якчанд термисторҳо як шиддати барангезандаро истифода бурдан мумкин аст.Аммо, ҳар як термистор бояд муқовимати ҳисси дақиқи худро дошта бошад, тавре ки дар расм нишон дода шудааст.8. Варианти дигар ин истифодаи мултиплексори беруна ё гузариши муқовимати паст дар ҳолати фаъол аст, ки имкон медиҳад як муқовимати ҳисси дақиқро мубодила кунад.Бо ин конфигуратсия, ба ҳар як термистор ҳангоми ченкунӣ вақти муайянро талаб мекунад.
Хулоса, ҳангоми тарҳрезии системаи ченкунии ҳарорат дар асоси термистор, саволҳои зиёде мавҷуданд: интихоби сенсор, ноқилҳои сенсор, мубодилаи интихоби ҷузъҳо, конфигуратсияи ADC ва чӣ гуна ин тағирёбандаҳои гуногун ба дақиқии умумии система таъсир мерасонанд.Мақолаи навбатӣ дар ин силсила шарҳ медиҳад, ки чӣ гуна тарҳрезии системаи шумо ва буҷаи умумии хатогиҳои системаро барои ноил шудан ба иҷрои ҳадафи худ оптимизатсия кунед.
Вақти фиристодан: сентябр-30-2022