Seo a’ chiad artaigil ann an sreath dà-phàirteach. Bruidhnidh an t-artaigil seo an toiseach air eachdraidh agus dùbhlain dealbhaidhteòthachd stèidhichte air teirmeastarsiostaman tomhais, a bharrachd air an coimeas ri siostaman tomhais teòthachd teirmiméadar strì (RTD). Bheir e cunntas cuideachd air roghainn teirmeastar, co-rèiteachaidhean rèiteachaidh, agus cho cudromach sa tha tionndairean analog-gu-didseatach (ADCn) sigma-delta san raon tagraidh seo. Mìnichidh an dàrna artaigil mar a nì thu an siostam tomhais stèidhichte air teirmeastar deireannach a bharrachadh agus a mheasadh.
Mar a chaidh a mhìneachadh anns an t-sreath artaigil roimhe, A’ Leasachadh Siostaman Braitearan Teòthachd RTD, is e resistor a th’ ann an RTD aig a bheil an aghaidh ag atharrachadh a rèir na teòthachd. Bidh teirmistors ag obair san aon dòigh ri RTDn. Eu-coltach ri RTDn, aig nach eil ach co-èifeachd teòthachd adhartach, faodaidh co-èifeachd teòthachd adhartach no àicheil a bhith aig teirmistor. Bidh teirmistors le co-èifeachd teòthachd àicheil (NTC) a’ lughdachadh an aghaidh mar a bhios an teòthachd ag èirigh, agus bidh teirmistors le co-èifeachd teòthachd adhartach (PTC) ag àrdachadh an aghaidh mar a bhios an teòthachd ag èirigh. Air figear 1, chithear feartan freagairt teirmistors NTC agus PTC àbhaisteach agus gan coimeas ri lùban RTD.
A thaobh raon teòthachd, tha lùb an RTD cha mhòr loidhneach, agus tha an sensor a’ còmhdach raon teòthachd mòran nas fharsainge na teirmistaran (mar as trice -200°C gu +850°C) air sgàth nàdar neo-loidhneach (eas-chruthach) an teirmistar. Mar as trice bidh RTDan air an toirt seachad ann an lùban àbhaisteach aithnichte, agus bidh lùban teirmistar ag atharrachadh a rèir an neach-dèanamh. Bruidhnidh sinn air seo gu mionaideach anns an earrann stiùiridh taghaidh teirmistar den artaigil seo.
Tha teirmistaran air an dèanamh à stuthan co-dhèanta, mar as trice ceirmeag, poileimeirean, no leth-chonnsachaidhean (mar as trice ocsaidean meatailt) agus meatailtean fìor-ghlan (platinum, nicil, no copar). Faodaidh teirmistaran atharrachaidhean teòthachd a lorg nas luaithe na RTDn, a’ toirt seachad fios-air-ais nas luaithe. Mar sin, bidh teirmistaran air an cleachdadh gu cumanta le mothachairean ann an tagraidhean a dh’ fheumas cosgais ìseal, meud beag, freagairt nas luaithe, cugallachd nas àirde, agus raon teòthachd cuibhrichte, leithid smachd dealanach, smachd dachaigh is thogalaichean, deuchainn-lannan saidheansail, no dìoladh snaim fuar airson teirmeach-chàraidean ann an tagraidhean malairteach no gnìomhachais. adhbharan. Tagraidhean.
Anns a’ mhòr-chuid de chùisean, is e teirmistaran NTC a thathas a’ cleachdadh airson tomhas teòthachd ceart, chan e teirmistaran PTC. Tha cuid de theirmistaran PTC rim faighinn a ghabhas cleachdadh ann an cuairtean dìon thar-shruth no mar fhiùsan ath-shuidheachaidh airson tagraidhean sàbhailteachd. Tha lùb an aghaidh-teòthachd teirmistar PTC a’ sealltainn sgìre NTC glè bheag mus ruig e am puing suidse (no puing Curie), agus os a chionn sin bidh an aghaidh ag èirigh gu mòr le grunn òrdughan meudachd anns an raon grunn cheumannan Celsius. Fo chumhachan thar-shruth, cruthaichidh an teirmistar PTC fèin-theasachadh làidir nuair a thèid thairis air an teòthachd suidse, agus èiridh an aghaidh aige gu mòr, a lughdaicheas an sruth cuir a-steach don t-siostam, agus mar sin a’ cur casg air milleadh. Mar as trice tha puing suidse teirmistaran PTC eadar 60 ° C agus 120 ° C agus chan eil e freagarrach airson smachd a chumail air tomhasan teòthachd ann an raon farsaing de thagraidhean. Tha an artaigil seo ag amas air teirmistaran NTC, a dh’ fhaodas mar as trice teòthachd a thomhas no a sgrùdadh eadar -80 ° C agus + 150 ° C. Tha rangachadh strì aig teirmistearan NTC a’ dol bho beagan ohms gu 10 MΩ aig 25°C. Mar a chithear ann am figear 1, tha an t-atharrachadh ann an strì gach ceum Celsius airson teirmistearan nas follaisiche na tha e airson teirmimitearan strì. An coimeas ri teirmistearan, tha cugallachd àrd agus luach strì àrd an teirmistar a’ sìmpleachadh a chuairteachadh cuir a-steach, leis nach eil feum aig teirmistearan air rèiteachadh uèiridh sònraichte sam bith, leithid 3-uèir no 4-uèir, gus dìoladh a dhèanamh airson strì luaidhe. Chan eil dealbhadh an teirmistar a’ cleachdadh ach rèiteachadh sìmplidh 2-uèir.
Feumaidh tomhas teòthachd àrd-chruinneas stèidhichte air teirmistar giollachd chomharran mionaideach, tionndadh analogach gu didseatach, loidhneachadh, agus dìoladh, mar a chithear ann am figear 2.
Ged a dh’ fhaodadh an t-sreath chomharran a bhith coltach ri sìmplidh, tha grunn dhuilgheadasan ann a bheir buaidh air meud, cosgais agus coileanadh a’ bhòrd-mhàthar gu lèir. Tha grunn fhuasglaidhean amalaichte ann am pasgan ADC mionaideach ADI, leithid an AD7124-4/AD7124-8, a bheir grunn bhuannachdan airson dealbhadh siostam teirmeach leis gu bheil a’ mhòr-chuid de na blocaichean togail a tha a dhìth airson tagradh togte a-steach. Ach, tha grunn dhùbhlain ann a bhith a’ dealbhadh agus ag adhartachadh fhuasglaidhean tomhais teòthachd stèidhichte air teirmistor.
Tha an t-artaigil seo a’ beachdachadh air gach aon de na cùisean sin agus a’ toirt seachad molaidhean airson an fhuasgladh agus gus am pròiseas dealbhaidh airson siostaman mar sin a dhèanamh nas sìmplidhe.
Tha measgachadh farsaing deTeirmistearan NTCair a’ mhargaidh an-diugh, agus mar sin faodaidh e bhith na obair mhòr an teirmeastar ceart a thaghadh airson an tagraidh agad. Thoir an aire gu bheil teirmeastaran air an liostadh a rèir an luach ainmichte, is e sin an aghaidh ainmichte aca aig 25°C. Mar sin, tha aghaidh ainmichte de 10 kΩ aig teirmeastar 10 kΩ aig 25°C. Tha luachan aghaidh ainmichte no bunaiteach aig teirmeastaran a’ dol bho beagan ohms gu 10 MΩ. Mar as trice bidh teirmeastaran le rangachadh aghaidh ìosal (aghaidh ainmichte de 10 kΩ no nas lugha) a’ toirt taic do raointean teòthachd nas ìsle, leithid -50°C gu +70°C. Faodaidh teirmeastaran le rangachadh aghaidh nas àirde seasamh ri teòthachd suas ri 300°C.
Tha eileamaid an teirmistor air a dhèanamh de mheatailt ogsaid. Tha teirmistoran rim faighinn ann an cumaidhean ball, radial agus SMD. Tha grìogagan teirmistor còmhdaichte le epoxy no air an còmhdach le glainne airson dìon a bharrachd. Tha teirmistoran ball còmhdaichte le epoxy, teirmistoran radial agus uachdar freagarrach airson teòthachd suas gu 150°C. Tha teirmistoran grìogagan glainne freagarrach airson teòthachd àrd a thomhas. Bidh a h-uile seòrsa còmhdach/pacadh cuideachd a’ dìon an aghaidh creimeadh. Bidh taigheadas a bharrachd aig cuid de theirmistoran cuideachd airson dìon a bharrachd ann an àrainneachdan cruaidh. Tha ùine freagairt nas luaithe aig teirmistoran grìogagan na teirmistoran radial/SMD. Ach, chan eil iad cho seasmhach. Mar sin, tha an seòrsa teirmistor a thathar a’ cleachdadh an urra ris an tagradh deireannach agus an àrainneachd anns a bheil an teirmistor suidhichte. Tha seasmhachd fad-ùine teirmistor an urra ri a stuth, pacadh agus dealbhadh. Mar eisimpleir, faodaidh teirmistor NTC còmhdaichte le epoxy atharrachadh 0.2°C gach bliadhna, agus chan eil teirmistor ròin ag atharrachadh ach 0.02°C gach bliadhna.
Tha teirmistaran a’ tighinn ann an diofar ìrean cruinneas. Mar as trice bidh cruinneas eadar 0.5°C agus 1.5°C aig teirmistaran àbhaisteach. Tha fulangas aig ìre strì an teirmistar agus luach beta (co-mheas eadar 25°C agus 50°C/85°C). Thoir an aire gu bheil luach beta an teirmistar ag atharrachadh a rèir an neach-dèanamh. Mar eisimpleir, bidh luachan beta eadar-dhealaichte aig teirmistaran NTC 10 kΩ bho dhiofar luchd-saothrachaidh. Airson siostaman nas cruinne, faodar teirmistaran leithid an t-sreath Omega™ 44xxx a chleachdadh. Tha cruinneas aca de 0.1°C no 0.2°C thairis air raon teòthachd eadar 0°C agus 70°C. Mar sin, tha an raon teòthachd a ghabhas tomhas agus an cruinneas a tha a dhìth thairis air an raon teòthachd sin a’ dearbhadh a bheil teirmistaran freagarrach airson an tagraidh seo. Thoir an aire, mar as àirde cruinneas an t-sreath Omega 44xxx, ’s ann as àirde a’ chosgais.
Gus strì an aghaidh a thionndadh gu ceumannan Celsius, mar as trice bithear a’ cleachdadh luach beta. Bithear a’ dearbhadh luach beta le bhith eòlach air an dà phuing teòthachd agus an strì an aghaidh aig gach puing teòthachd.
RT1 = Seasmhachd teòthachd 1 RT2 = Seasmhachd teòthachd 2 T1 = Teòthachd 1 (K) T2 = Teòthachd 2 (K)
Bidh an neach-cleachdaidh a’ cleachdadh an luach beta as fhaisge air an raon teòthachd a chaidh a chleachdadh sa phròiseact. Bidh a’ mhòr-chuid de dhuilleagan-dàta teirmistor a’ liostadh luach beta còmhla ri fulangas strì aig 25°C agus fulangas airson a’ luach beta.
Bidh teirmistaran nas cruinne agus fuasglaidhean crìochnachaidh àrd-chruinneas leithid sreath Omega 44xxx a’ cleachdadh co-aontar Steinhart-Hart gus strì an aghaidh a thionndadh gu ceumannan Celsius. Feumaidh co-aontar 2 na trì cunbhalachdan A, B, agus C, a tha air an toirt seachad a-rithist leis an neach-dèanamh mothachaidh. Leis gu bheil co-èifeachdan a’ cho-aontar air an gineadh a’ cleachdadh trì puingean teòthachd, bidh an co-aontar a thig às a’ lughdachadh a’ mhearachd a thig bho bhith a’ loidhneachadh (mar as trice 0.02 °C).
Tha A, B agus C nan cunbhalachdan a tha air an toirt bho thrì puingean suidheachaidh teòthachd. R = strì an teirmistor ann an ohms T = teòthachd ann an ceuman K
Air figear 3 chithear brosnachadh sruth an mothachaidh. Tha sruth dràibhidh air a chur ris an teirmeastar agus tha an aon shruth air a chur ris an aghaidh mionaideach; thathar a’ cleachdadh aghaidh mionaideach mar iomradh airson tomhas. Feumaidh luach an aghaidh iomraidh a bhith nas motha na no co-ionann ris an luach as àirde de dh’aghaidh an teirmeastar (a rèir an teòthachd as ìsle a chaidh a thomhas anns an t-siostam).
Nuair a thathar a’ taghadh an t-sruth brosnachaidh, feumar beachdachadh a-rithist air an aghaidh as àirde den teirmeastar. Nì seo cinnteach gu bheil am bholtadh thairis air an sensor agus an aghaidh iomraidh an-còmhnaidh aig ìre a tha iomchaidh don eileagtronaig. Feumaidh stòr an t-sruth achaidh beagan àite-cinn no maidseadh toraidh. Ma tha aghaidh àrd aig an teirmeastar aig an teòthachd as ìsle a ghabhas tomhas, bidh seo a’ leantainn gu sruth dràibhidh glè ìosal. Mar sin, tha am bholtadh a thèid a chruthachadh thairis air an teirmeastar aig teòthachd àrd beag. Faodar ìrean buannachd prògramaichte a chleachdadh gus tomhas nan comharran ìosal seo a bharrachadh. Ach, feumar am buannachd a phrògramachadh gu dinamach leis gu bheil ìre a’ chomharra bhon teirmeastar ag atharrachadh gu mòr leis an teòthachd.
Is e roghainn eile an buannachd a shuidheachadh ach sruth dràibhidh fiùghantach a chleachdadh. Mar sin, mar a dh’atharraicheas ìre an t-soidhne bhon teirmeastar, bidh luach an t-sruth dràibhidh ag atharrachadh gu fiùghantach gus am bi am bholtaids a thèid a leasachadh thairis air an teirmeastar taobh a-staigh raon cuir-a-steach ainmichte an inneil dealanach. Feumaidh an neach-cleachdaidh dèanamh cinnteach gu bheil am bholtaids a thèid a leasachadh thairis air an aghaidh-iomraidh aig ìre a tha iomchaidh don eileagtronaig cuideachd. Feumaidh an dà roghainn ìre àrd de smachd, sgrùdadh cunbhalach air a’ bholtaids thairis air an teirmeastar gus an urrainn don eileagtronaig an comharra a thomhas. A bheil roghainn nas fhasa ann? Smaoinich air brosnachadh bholtaids.
Nuair a thèid bholtadh DC a chur ris an teirmeastar, bidh an sruth tron teirmeastar ag atharrachadh gu fèin-ghluasadach mar a bhios strì an teirmeastar ag atharrachadh. A-nis, le bhith a’ cleachdadh resistor tomhais mionaideach an àite resistor iomraidh, is e an t-adhbhar a th’ aige an sruth a tha a’ sruthadh tron teirmeastar obrachadh a-mach, agus mar sin a’ leigeil le strì an teirmeastar obrachadh a-mach. Leis gu bheil am bholtadh dràibhidh cuideachd air a chleachdadh mar chomharradh iomraidh an ADC, chan eil feum air ìre buannachd. Chan eil obair aig a’ phròiseasar sùil a chumail air bholtadh an teirmeastar, a’ dearbhadh an gabh ìre an t-soidhne a thomhas leis an eileagtronaig, agus obrachadh a-mach dè an luach buannachd/sruth dràibhidh a dh’ fheumar atharrachadh. Is e seo an dòigh a thathar a’ cleachdadh san artaigil seo.
Ma tha ìre strì agus raon strì beag aig an teirmeastar, faodar brosnachadh bholtaids no sruth a chleachdadh. Anns a’ chùis seo, faodar an sruth dràibhidh agus a’ bhuannachd a shuidheachadh. Mar sin, bidh an cuairt mar a chithear ann am Figear 3. Tha an dòigh seo goireasach leis gu bheil e comasach smachd a chumail air an t-sruth tron sensor agus an resistor iomraidh, rud a tha luachmhor ann an tagraidhean cumhachd ìosal. A bharrachd air an sin, tha fèin-theasachadh an teirmeastar air a lughdachadh.
Faodar brosnachadh bholtaids a chleachdadh cuideachd airson teirmistaran le ìrean strì ìosal. Ach, feumaidh an neach-cleachdaidh dèanamh cinnteach nach eil an sruth tron sensor ro àrd airson an sensor no an tagraidh.
Bidh brosnachadh bholtaids a’ sìmpleachadh cur an gnìomh nuair a thathar a’ cleachdadh teirmeastar le rangachadh strì an aghaidh mòr agus raon teòthachd farsaing. Bheir strì ainmichte nas motha ìre iomchaidh de shruth reataichte. Ach, feumaidh luchd-dealbhaidh dèanamh cinnteach gu bheil an sruth aig ìre iomchaidh thairis air an raon teòthachd gu lèir a tha an tagradh a’ toirt taic dha.
Tha grunn bhuannachdan aig ADCan Sigma-Delta nuair a thathar a’ dealbhadh siostam tomhais teirmeastar. An toiseach, leis gu bheil an ADC sigma-delta ag ath-shamplachadh an cuir-a-steach analogach, tha sìoladh taobh a-muigh air a chumail cho ìosal ‘s as urrainn agus is e an aon riatanas sìoltachan RC sìmplidh. Bidh iad a’ toirt seachad sùbailteachd ann an seòrsa sìoltachain agus ìre baud toraidh. Faodar sìoladh didseatach togte a chleachdadh gus bacadh a chur air bacadh sam bith ann an innealan cumhachd prìomh-lìonra. Tha làn rùn suas ri 21.7 bit aig innealan 24-bit leithid an AD7124-4/AD7124-8, agus mar sin bidh iad a’ toirt seachad rùn àrd.
Tha cleachdadh ADC sigma-delta a’ sìmpleachadh dealbhadh an teirmistor gu mòr agus aig an aon àm a’ lughdachadh sònrachadh, cosgais siostaim, àite air a’ bhòrd, agus ùine chun a’ mhargaidh.
Tha an t-artaigil seo a’ cleachdadh an AD7124-4/AD7124-8 mar an ADC oir is e ADCan mionaideachd ìosal-fuaime, ìosal-shrutha a th’ annta le PGA togte, iomradh togte, cuir-a-steach analogach, agus bufair iomraidh.
Ge bith a bheil thu a’ cleachdadh sruth dràibhidh no bholtaids dràibhidh, thathar a’ moladh rèiteachadh ratiometric anns am bi am bholtaids iomraidh agus bholtaids an sensor a’ tighinn bhon aon stòr dràibhidh. Tha seo a’ ciallachadh nach toir atharrachadh sam bith anns an stòr brosnachaidh buaidh air cruinneas an tomhais.
Ann am figear 5 chithear an sruth dràibhidh seasmhach airson an teirmeastar agus an aghaidh mionaideach RREF, ’s e am bholtaids a thèid a leasachadh thairis air RREF am bholtaids iomraidh airson an teirmeastar a thomhas.
Chan fheum an sruth achaidh a bhith ceart agus is dòcha nach bi e cho seasmhach oir thèid mearachdan sam bith anns an t-sruth achaidh a thoirt air falbh san rèiteachadh seo. San fharsaingeachd, is fheàrr brosnachadh srutha na brosnachadh bholtaids air sgàth smachd cugallachd nas fheàrr agus dìonachd fuaim nas fheàrr nuair a tha an sensor suidhichte ann an àiteachan iomallach. Mar as trice, thathas a’ cleachdadh an seòrsa dòigh claonaidh seo airson RTDn no teirmistors le luachan strì ìosal. Ach, airson teirmistor le luach strì nas àirde agus cugallachd nas àirde, bidh an ìre comharra a ghineas gach atharrachadh teòthachd nas motha, agus mar sin thathas a’ cleachdadh brosnachadh bholtaids. Mar eisimpleir, tha strì de 10 kΩ aig teirmistor 10 kΩ aig 25°C. Aig -50°C, tha strì an teirmistor NTC 441.117 kΩ. Bidh an sruth dràibhidh as ìsle de 50 µA a tha air a thoirt seachad leis an AD7124-4/AD7124-8 a’ gineadh 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V, a tha ro àrd agus taobh a-muigh raon obrachaidh a’ mhòr-chuid de ADCn a tha rim faighinn a thathas a’ cleachdadh san raon tagraidh seo. Mar as trice bidh teirmistors ceangailte no suidhichte faisg air an eileagtronaig, agus mar sin chan eil feum air dìonachd bho shruth dràibhidh.
Ma chuireas tu resistor mothachaidh ann an sreath mar chuairt roinneadair bholtaids, cuiridh sin crìoch air an t-sruth tron teirmeastar chun luach strì as ìsle aige. Anns an rèiteachadh seo, feumaidh luach an resistor mothachaidh RSENSE a bhith co-ionann ri luach strì an teirmeastar aig teòthachd iomraidh de 25°C, gus am bi am bholtaids toraidh co-ionann ri meadhan-phuing a’ bholtaids iomraidh aig an teòthachd ainmichte aige de 25°CC. San aon dòigh, ma thèid teirmeastar 10 kΩ le strì de 10 kΩ aig 25°C a chleachdadh, bu chòir RSENSE a bhith 10 kΩ. Mar a bhios an teòthachd ag atharrachadh, bidh strì an teirmeastar NTC ag atharrachadh cuideachd, agus bidh co-mheas a’ bholtaids dràibhidh thairis air an teirmeastar ag atharrachadh cuideachd, agus mar thoradh air an sin bidh am bholtaids toraidh co-rèireach ri strì an teirmeastar NTC.
Ma tha an iomradh bholtaids taghte a thathar a’ cleachdadh gus cumhachd a thoirt don teirmeastar agus/no RSENSE a’ freagairt ris a’ bholtaids iomraidh ADC a thathar a’ cleachdadh airson tomhas, thèid an siostam a shuidheachadh gu tomhas ratiomeatrach (Figear 7) gus am bi claonadh ann gus stòr bholtaids mearachd sam bith co-cheangailte ri brosnachadh a thoirt air falbh.
Thoir an aire gum bu chòir fulangas tùsail ìosal agus drift ìosal a bhith aig an dàrna cuid an aghaidh mothachaidh (air a stiùireadh le bholtaids) no an aghaidh iomraidh (air a stiùireadh le sruth), oir faodaidh an dà chaochladair buaidh a thoirt air cruinneas an t-siostaim gu lèir.
Nuair a thathar a’ cleachdadh iomadh teirmeastar, faodar aon bholtaids brosnachaidh a chleachdadh. Ach, feumaidh an aghaidh mothachaidh mionaideach fhèin a bhith aig gach teirmeastar, mar a chithear ann am figear 8. Is e roghainn eile ioma-fhillteadair taobh a-muigh no suidse strì ìosal a chleachdadh anns an staid air, a leigeas le aon aghaidh mothachaidh mionaideach a cho-roinn. Leis an rèiteachadh seo, feumaidh gach teirmeastar beagan ùine socrachaidh nuair a thèid a thomhas.
Mar gheàrr-chunntas, nuair a bhios tu a’ dealbhadh siostam tomhais teòthachd stèidhichte air teirmistor, tha mòran cheistean ri bheachdachadh: taghadh mothachairean, uèirleadh mothachairean, co-rèiteachaidhean taghadh phàirtean, rèiteachadh ADC, agus mar a bheir na diofar chaochladairean sin buaidh air cruinneas iomlan an t-siostaim. Tha an ath artaigil san t-sreath seo a’ mìneachadh mar as urrainn dhut dealbhadh an t-siostaim agad agus buidseat mearachd an t-siostaim gu lèir a bharrachadh gus an coileanadh targaid agad a choileanadh.
Àm puist: 30 Sultain 2022