Hii ni makala ya kwanza katika mfululizo wa sehemu mbili.Makala haya yatajadili kwanza historia na changamoto za muundo wajoto la msingi wa thermistormifumo ya kipimo, pamoja na kulinganisha kwao na mifumo ya kupima joto ya upinzani (RTD).Pia itaeleza chaguo la kirekebisha joto, ubadilishanaji wa usanidi, na umuhimu wa vigeuzi vya sigma-delta vya analogi hadi dijitali (ADCs) katika eneo hili la programu.Kifungu cha pili kitaeleza kwa kina jinsi ya kuboresha na kutathmini mfumo wa mwisho wa kipimo cha kidhibiti cha halijoto.
Kama ilivyoelezwa katika mfululizo wa makala yaliyotangulia, Kuboresha Mifumo ya Sensor ya Joto ya RTD, RTD ni kinzani ambacho upinzani wake hutofautiana kulingana na halijoto.Vidhibiti vya joto hufanya kazi sawa na RTDs.Tofauti na RTDs, ambazo zina mgawo mzuri wa joto, thermistor inaweza kuwa na mgawo mzuri au hasi wa joto.Vidhibiti halijoto hasi (NTC) hupunguza upinzani wao joto linapoongezeka, huku vidhibiti vya halijoto chanya (PTC) huongeza upinzani wao joto linapoongezeka.Kwenye mtini.1 huonyesha sifa za majibu za vidhibiti vya joto vya kawaida vya NTC na PTC na kuzilinganisha na mikondo ya RTD.
Kwa upande wa anuwai ya halijoto, curve ya RTD inakaribia mstari, na kitambuzi hufunika kiwango kikubwa cha joto kuliko vidhibiti joto (kawaida -200°C hadi +850°C) kutokana na hali isiyo ya mstari (kielelezo) ya kidhibiti joto.RTD kwa kawaida hutolewa katika mikunjo sanifu inayojulikana, huku miindo ya kidhibiti joto hutofautiana kulingana na mtengenezaji.Tutazungumzia hili kwa undani katika sehemu ya mwongozo wa uteuzi wa thermistor wa makala hii.
Thermistors hutengenezwa kutoka kwa vifaa vya mchanganyiko, kwa kawaida keramik, polima, au semiconductors (kawaida oksidi za chuma) na metali safi (platinamu, nikeli, au shaba).Vidhibiti vya joto vinaweza kutambua mabadiliko ya halijoto haraka zaidi kuliko RTDs, na kutoa maoni kwa haraka.Kwa hivyo, vidhibiti kwa kawaida hutumiwa na vitambuzi katika programu zinazohitaji gharama ya chini, saizi ndogo, mwitikio wa haraka, usikivu wa juu zaidi na anuwai ndogo ya halijoto, kama vile udhibiti wa vifaa vya elektroniki, udhibiti wa nyumba na majengo, maabara ya kisayansi au fidia ya makutano baridi kwa vifaa vya joto katika biashara. au maombi ya viwanda.makusudi.Maombi.
Mara nyingi, vidhibiti vya joto vya NTC hutumiwa kwa kipimo sahihi cha joto, sio vidhibiti vya joto vya PTC.Baadhi ya vidhibiti vya joto vya PTC vinapatikana ambavyo vinaweza kutumika katika saketi za ulinzi zinazopita mkondo au kama fuse zinazoweza kuwekwa upya kwa programu za usalama.Curve ya upinzani-joto ya thermistor ya PTC inaonyesha eneo ndogo sana la NTC kabla ya kufikia hatua ya kubadili (au hatua ya Curie), ambayo upinzani huongezeka kwa kasi kwa maagizo kadhaa ya ukubwa katika safu ya digrii kadhaa za Celsius.Chini ya hali ya juu, thermistor ya PTC itazalisha joto la kujitegemea kwa nguvu wakati joto la kubadili limezidi, na upinzani wake utaongezeka kwa kasi, ambayo itapunguza sasa pembejeo kwenye mfumo, na hivyo kuzuia uharibifu.Sehemu ya kubadilisha ya vidhibiti vya joto vya PTC kwa kawaida huwa kati ya 60°C na 120°C na haifai kwa kudhibiti vipimo vya halijoto katika aina mbalimbali za matumizi.Makala haya yanaangazia vidhibiti vya joto vya NTC, ambavyo kwa kawaida vinaweza kupima au kufuatilia halijoto kuanzia -80°C hadi +150°C.Vidhibiti vya joto vya NTC vina ukadiriaji wa ukinzani kuanzia ohm chache hadi 10 MΩ kwa 25°C.Kama inavyoonyeshwa kwenye mtini.1, mabadiliko ya upinzani kwa digrii Celsius kwa vidhibiti vya joto hutamkwa zaidi kuliko vipima joto vya upinzani.Ikilinganishwa na vidhibiti vya joto, unyeti wa juu wa thermistor na thamani ya juu ya upinzani hurahisisha mzunguko wa pembejeo, kwani vidhibiti vya joto hazihitaji usanidi wowote maalum wa waya, kama vile waya-3 au waya 4, ili kufidia upinzani wa risasi.Muundo wa thermistor hutumia usanidi rahisi wa waya 2 tu.
Kipimo cha halijoto cha usahihi wa hali ya juu kulingana na kidhibiti cha halijoto kinahitaji uchakataji sahihi wa mawimbi, ubadilishaji wa analogi hadi dijiti, uwekaji mstari na fidia, kama inavyoonyeshwa kwenye tini.2.
Ingawa msururu wa mawimbi unaweza kuonekana kuwa rahisi, kuna matatizo kadhaa yanayoathiri ukubwa, gharama na utendakazi wa ubao mzima wa mama.Jalada la usahihi la ADI la ADC linajumuisha suluhu kadhaa zilizounganishwa, kama vile AD7124-4/AD7124-8, ambazo hutoa faida kadhaa kwa muundo wa mfumo wa joto kwani vizuizi vingi vya ujenzi vinavyohitajika kwa programu vimejengwa ndani.Hata hivyo, kuna changamoto mbalimbali katika kubuni na kuboresha masuluhisho ya kipimo cha halijoto kulingana na kijoto.
Nakala hii inajadili kila moja ya maswala haya na hutoa mapendekezo ya kuyatatua na kurahisisha zaidi mchakato wa muundo wa mifumo kama hiyo.
Kuna aina mbalimbali zaVidhibiti vya joto vya NTCsokoni leo, kwa hivyo kuchagua kirekebisha joto kinachofaa kwa programu yako inaweza kuwa kazi ngumu.Kumbuka kwamba vidhibiti vya joto vimeorodheshwa kwa thamani yao ya kawaida, ambayo ni upinzani wao wa kawaida kwa 25 ° C.Kwa hiyo, thermistor 10 kΩ ina upinzani wa majina ya 10 kΩ saa 25 ° C.Vidhibiti vya joto vina viwango vya kawaida au vya msingi vya upinzani kuanzia ohm chache hadi 10 MΩ.Vidhibiti vya joto vilivyo na viwango vya chini vya ustahimilivu (upinzani wa kawaida wa kΩ 10 au chini) kwa kawaida huauni viwango vya chini vya halijoto, kama vile -50°C hadi +70°C.Vidhibiti vya joto vilivyo na viwango vya juu vya upinzani vinaweza kuhimili halijoto hadi 300°C.
Kipengele cha thermistor kinafanywa kwa oksidi ya chuma.Thermistors zinapatikana katika mpira, radial na maumbo SMD.Shanga za thermistor zimepakwa epoxy au glasi iliyofunikwa kwa ulinzi wa ziada.Vidhibiti vya joto vya mpira vilivyopakwa epoxy, vidhibiti vya joto vya radial na uso vinafaa kwa halijoto ya hadi 150°C.Thermistors za shanga za kioo zinafaa kwa kupima joto la juu.Aina zote za mipako / ufungaji pia hulinda dhidi ya kutu.Baadhi ya vidhibiti vya joto pia vitakuwa na nyumba za ziada kwa ulinzi wa ziada katika mazingira magumu.Vidhibiti vya joto vya shanga vina muda wa kujibu haraka kuliko vidhibiti vya joto vya radial/SMD.Walakini, sio za kudumu.Kwa hiyo, aina ya thermistor inayotumiwa inategemea maombi ya mwisho na mazingira ambayo thermistor iko.Utulivu wa muda mrefu wa thermistor inategemea nyenzo zake, ufungaji, na muundo.Kwa mfano, thermistor ya NTC iliyofunikwa na epoxy inaweza kubadilisha 0.2 ° C kwa mwaka, wakati thermistor iliyofungwa inabadilika tu 0.02 ° C kwa mwaka.
Thermitors kuja kwa usahihi tofauti.Vidhibiti vya joto vya kawaida kwa kawaida huwa na usahihi wa 0.5°C hadi 1.5°C.Ukadiriaji wa upinzani wa kirekebisha joto na thamani ya beta (uwiano wa 25°C hadi 50°C/85°C) una uvumilivu.Kumbuka kuwa thamani ya beta ya kirekebisha joto hutofautiana kulingana na mtengenezaji.Kwa mfano, vidhibiti vya joto 10 kΩ NTC kutoka kwa wazalishaji tofauti vitakuwa na thamani tofauti za beta.Kwa mifumo sahihi zaidi, vidhibiti joto kama vile mfululizo wa Omega™ 44xxx vinaweza kutumika.Zina usahihi wa 0.1°C au 0.2°C juu ya kiwango cha joto cha 0°C hadi 70°C.Kwa hivyo, anuwai ya halijoto inayoweza kupimwa na usahihi unaohitajika juu ya kiwango hicho cha joto huamua ikiwa vidhibiti vya halijoto vinafaa kwa programu hii.Tafadhali kumbuka kuwa jinsi usahihi wa mfululizo wa Omega 44xxx unavyoongezeka, ndivyo gharama inavyopanda.
Ili kubadilisha upinzani hadi digrii Celsius, thamani ya beta hutumiwa kwa kawaida.Thamani ya beta imedhamiriwa kwa kujua pointi mbili za joto na upinzani unaofanana katika kila hatua ya joto.
RT1 = Upinzani wa joto 1 RT2 = Upinzani wa joto 2 T1 = Joto 1 (K) T2 = Joto 2 (K)
Mtumiaji hutumia thamani ya beta iliyo karibu zaidi na kiwango cha joto kinachotumiwa katika mradi.Hifadhidata nyingi za vidhibiti vya halijoto huorodhesha thamani ya beta pamoja na ustahimilivu wa nyuzi joto 25°C na ustahimilivu wa thamani ya beta.
Vidhibiti vya halijoto vya usahihi wa hali ya juu na suluhu za kusimamisha kwa usahihi wa hali ya juu kama vile mfululizo wa Omega 44xxx hutumia mlinganyo wa Steinhart-Hart kubadilisha ukinzani hadi nyuzi joto Selsiasi.Mlinganyo wa 2 unahitaji viambajengo vitatu A, B, na C, vilivyotolewa tena na mtengenezaji wa vitambuzi.Kwa sababu mgawo wa mlinganyo huzalishwa kwa kutumia nukta tatu za halijoto, mlinganyo unaotokana hupunguza hitilafu inayoletwa na uwekaji mstari (kawaida 0.02 °C).
A, B na C ni viambajengo vinavyotokana na viwango vitatu vya kuweka joto.R = upinzani wa thermistor katika ohms T = joto katika digrii za K
Kwenye mtini.3 inaonyesha msisimko wa sasa wa sensor.Hifadhi ya sasa inatumika kwa thermistor na sasa sawa hutumiwa kwa kupinga kwa usahihi;kipinga usahihi hutumika kama rejeleo la kipimo.Thamani ya upinzani wa kumbukumbu lazima iwe kubwa kuliko au sawa na thamani ya juu ya upinzani wa thermistor (kulingana na joto la chini kabisa lililopimwa katika mfumo).
Wakati wa kuchagua sasa ya msisimko, upinzani wa juu wa thermistor lazima uzingatiwe tena.Hii inahakikisha kwamba voltage kwenye sensor na kupinga kumbukumbu daima ni katika ngazi inayokubalika kwa umeme.Chanzo cha sasa cha sehemu kinahitaji ulinganishaji wa kichwa au towe.Ikiwa thermistor ina upinzani wa juu kwa joto la chini kabisa linaloweza kupimwa, hii itasababisha sasa ya gari la chini sana.Kwa hiyo, voltage inayozalishwa kwenye thermistor kwa joto la juu ni ndogo.Hatua za faida zinazoweza kupangwa zinaweza kutumika kuboresha kipimo cha mawimbi haya ya kiwango cha chini.Walakini, faida lazima iwekwe kwa nguvu kwa sababu kiwango cha mawimbi kutoka kwa kidhibiti cha joto hutofautiana sana kulingana na halijoto.
Chaguo jingine ni kuweka faida lakini tumia kiendeshi cha nguvu cha sasa.Kwa hivyo, kiwango cha mawimbi kutoka kwa kidhibiti cha halijoto kinapobadilika, thamani ya sasa ya kiendeshi hubadilika kwa nguvu ili voltage inayotengenezwa kwenye kidhibiti cha halijoto iwe ndani ya masafa maalum ya pembejeo ya kifaa cha elektroniki.Mtumiaji lazima ahakikishe kuwa voltage iliyotengenezwa kwenye kipinga marejeleo pia iko katika kiwango kinachokubalika kwa vifaa vya elektroniki.Chaguzi zote mbili zinahitaji kiwango cha juu cha udhibiti, ufuatiliaji wa mara kwa mara wa voltage kwenye thermistor ili umeme uweze kupima ishara.Je, kuna chaguo rahisi zaidi?Fikiria msisimko wa voltage.
Voltage ya DC inapotumika kwa kidhibiti joto, mkondo wa sasa kupitia kirekebisha joto huongezeka kiotomatiki kadiri upinzani wa kirekebisha joto unavyobadilika.Sasa, kwa kutumia upinzani wa kupima kwa usahihi badala ya kupinga kumbukumbu, kusudi lake ni kuhesabu sasa inapita kupitia thermistor, na hivyo kuruhusu upinzani wa thermistor kuhesabiwa.Kwa kuwa voltage ya gari pia hutumiwa kama ishara ya kumbukumbu ya ADC, hakuna hatua ya kupata inahitajika.Kichakataji hakina kazi ya kufuatilia voltage ya kirekebisha joto, kuamua ikiwa kiwango cha mawimbi kinaweza kupimwa na vifaa vya elektroniki, na kuhesabu ni faida gani ya kiendeshi/thamani ya sasa inahitaji kurekebishwa.Hii ndiyo njia iliyotumiwa katika makala hii.
Ikiwa thermistor ina kiwango kidogo cha upinzani na kiwango cha upinzani, msisimko wa voltage au wa sasa unaweza kutumika.Katika kesi hii, gari la sasa na faida inaweza kudumu.Kwa hivyo, mzunguko utakuwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Njia hii ni rahisi kwa kuwa inawezekana kudhibiti sasa kwa njia ya sensor na kupinga kumbukumbu, ambayo ni ya thamani katika maombi ya chini ya nguvu.Kwa kuongeza, joto la kujitegemea la thermistor hupunguzwa.
Msisimko wa voltage pia unaweza kutumika kwa thermistors na viwango vya chini vya upinzani.Hata hivyo, ni lazima mtumiaji ahakikishe kuwa mkondo wa sasa kupitia kitambuzi sio juu sana kwa kihisi au programu.
Uchochezi wa voltage hurahisisha utekelezaji wakati wa kutumia kidhibiti chenye joto na ukadiriaji mkubwa wa upinzani na anuwai ya joto.Upinzani mkubwa wa majina hutoa kiwango cha kukubalika cha sasa kilichopimwa.Hata hivyo, wabunifu wanahitaji kuhakikisha kwamba sasa iko katika kiwango kinachokubalika juu ya kiwango kizima cha halijoto kinachoungwa mkono na programu.
Sigma-Delta ADCs hutoa faida kadhaa wakati wa kuunda mfumo wa kipimo cha thermistor.Kwanza, kwa sababu sigma-delta ADC huiga upya pembejeo ya analogi, uchujaji wa nje huwekwa kwa kiwango cha chini na mahitaji pekee ni kichujio rahisi cha RC.Wanatoa kubadilika kwa aina ya kichungi na kiwango cha pato la baud.Uchujaji wa kidijitali uliojengewa ndani unaweza kutumika kukandamiza uingiliaji wowote wa vifaa vinavyotumia umeme wa mains.Vifaa vya 24-bit kama vile AD7124-4/AD7124-8 vina azimio kamili la hadi biti 21.7, kwa hivyo hutoa azimio la juu.
Utumiaji wa sigma-delta ADC hurahisisha sana muundo wa kirekebisha joto huku ukipunguza vipimo, gharama ya mfumo, nafasi ya bodi na muda wa soko.
Makala haya yanatumia AD7124-4/AD7124-8 kama ADC kwa sababu ni kelele ya chini, sasa ya chini, ADC za usahihi zilizo na PGA iliyojengewa ndani, marejeleo yaliyojengewa ndani, ingizo la analogi, na bafa ya marejeleo.
Bila kujali ikiwa unatumia gari la sasa au voltage ya gari, usanidi wa ratiometri unapendekezwa ambapo voltage ya kumbukumbu na voltage ya sensor hutoka kwenye chanzo sawa cha gari.Hii ina maana kwamba mabadiliko yoyote katika chanzo cha msisimko hayataathiri usahihi wa kipimo.
Kwenye mtini.5 inaonyesha sasa kiendeshi cha mara kwa mara cha kidhibiti cha joto na kizuia usahihi cha RREF, voltage iliyotengenezwa kwenye RREF ni voltage ya rejeleo ya kupima kirekebisha joto.
Mkondo wa sehemu hauhitaji kuwa sahihi na huenda usiwe thabiti kwani hitilafu zozote katika mkondo wa uga zitaondolewa katika usanidi huu.Kwa ujumla, msisimko wa sasa unapendekezwa zaidi ya msisimko wa voltage kutokana na udhibiti bora wa unyeti na kinga bora ya kelele wakati sensor iko katika maeneo ya mbali.Aina hii ya mbinu ya upendeleo hutumiwa kwa RTDs au vidhibiti vya joto vyenye viwango vya chini vya upinzani.Hata hivyo, kwa thermistor yenye thamani ya juu ya upinzani na unyeti wa juu, kiwango cha ishara kinachozalishwa na kila mabadiliko ya joto kitakuwa kikubwa, hivyo msisimko wa voltage hutumiwa.Kwa mfano, thermistor 10 kΩ ina upinzani wa 10 kΩ kwa 25 ° C.Katika -50 ° C, upinzani wa thermistor ya NTC ni 441.117 kΩ.Kiwango cha chini cha kuendesha gari cha 50 µA kilichotolewa na AD7124-4/AD7124-8 huzalisha 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, ambayo ni ya juu sana na nje ya safu ya uendeshaji ya ADC nyingi zinazopatikana zinazotumiwa katika eneo hili la maombi.Thermistors pia kawaida huunganishwa au iko karibu na umeme, hivyo kinga ya kuendesha sasa haihitajiki.
Kuongeza kipinga hisia katika mfululizo kama mzunguko wa kigawanyaji cha volteji kutaweka kikomo cha sasa kupitia kidhibiti cha halijoto hadi thamani yake ya chini ya upinzani.Katika usanidi huu, thamani ya upinzani wa hisia RSENSE lazima iwe sawa na thamani ya upinzani wa thermistor kwa joto la kumbukumbu la 25 ° C, ili voltage ya pato iwe sawa na katikati ya voltage ya kumbukumbu kwa joto lake la kawaida. 25 ° CC Vile vile, ikiwa thermistor 10 kΩ yenye upinzani wa 10 kΩ saa 25 ° C inatumiwa, RSENSE inapaswa kuwa 10 kΩ.Halijoto inapobadilika, upinzani wa kidhibiti cha joto cha NTC pia hubadilika, na uwiano wa voltage ya kiendeshi kwenye kirekebisha joto pia hubadilika, na kusababisha voltage ya pato kuwa sawia na upinzani wa kidhibiti cha joto cha NTC.
Iwapo rejeleo la volteji iliyochaguliwa inayotumika kuwasha kirekebisha joto na/au RSENSE inalingana na volti ya marejeleo ya ADC inayotumiwa kupima, mfumo umewekwa kwa kipimo cha ratiometriki (Mchoro 7) ili chanzo chochote cha voltage ya hitilafu inayohusiana na msisimko kiwe na upendeleo wa kuondoa.
Kumbuka kuwa kipinga hisi (kinachoendeshwa na voltage) au kipinga marejeleo (kinachoendeshwa sasa) kinapaswa kuwa na ustahimilivu wa chini wa awali na kuteleza kwa chini, kwani vigeu vyote viwili vinaweza kuathiri usahihi wa mfumo mzima.
Wakati wa kutumia thermistors nyingi, voltage moja ya kusisimua inaweza kutumika.Walakini, kila thermistor lazima iwe na kipinga hisia cha usahihi, kama inavyoonyeshwa kwenye tini.8. Chaguo jingine ni kutumia kiboreshaji cha ziada cha nje au kibadilisha upinzani kidogo katika hali, ambayo inaruhusu kushiriki kipinga hisia moja cha usahihi.Kwa usanidi huu, kila kidhibiti kirekebisha joto kinahitaji muda wa kutulia kinapopimwa.
Kwa muhtasari, wakati wa kuunda mfumo wa kipimo cha joto kulingana na thermistor, kuna maswali mengi ya kuzingatia: uteuzi wa sensorer, wiring ya sensor, biashara ya uteuzi wa vipengele, usanidi wa ADC, na jinsi vigezo hivi mbalimbali vinavyoathiri usahihi wa jumla wa mfumo.Makala yanayofuata katika mfululizo huu yanaeleza jinsi ya kuboresha muundo wa mfumo wako na bajeti ya jumla ya makosa ya mfumo ili kufikia utendakazi unaolengwa.
Muda wa kutuma: Sep-30-2022