Seo a’ chiad artaigil ann an sreath dà-phàirt.Bruidhnidh an artaigil seo an-toiseach air na dùbhlain eachdraidh agus dealbhaidh a tha annteòthachd stèidhichte air teirmeastarsiostaman tomhais, a bharrachd air an coimeas ri siostaman tomhais teothachd teirmiméadar an-aghaidh (RTD).Bidh e cuideachd a’ toirt cunntas air an roghainn thermistor, malairt rèiteachaidhean, agus cho cudromach sa tha luchd-tionndaidh analog-gu-didseatach sigma-delta (ADCn) anns an raon tagraidh seo.Bidh an dàrna artaigil a’ toirt cunntas mionaideach air mar a nì thu an siostam tomhais deireannach stèidhichte air thermistor a bharrachadh agus a mheasadh.
Mar a chaidh a mhìneachadh anns an t-sreath artaigil roimhe, Optimizing Teòthachd RTD Sensor Systems, tha RTD na resistor aig a bheil an aghaidh ag atharrachadh le teòthachd.Bidh teirmeastairean ag obair mar an ceudna ri RTDs.Eu-coltach ri RTDn, aig nach eil ach co-èifeachd teòthachd dearbhach, faodaidh co-èifeachd teòthachd dearbhach no àicheil a bhith aig teirmiche.Bidh teirmeastairean co-èifeachd teòthachd àicheil (NTC) a’ lughdachadh an aghaidh mar a bhios an teòthachd ag èirigh, fhad ‘s a bhios teirmeastairean co-èifeachd teòthachd dearbhach (PTC) ag àrdachadh an aghaidh mar a bhios an teòthachd ag èirigh.Air fige.Tha 1 a’ sealltainn feartan freagairt theirmistors àbhaisteach NTC agus PTC agus gan coimeas ri lùban RTD.
A thaobh raon teodhachd, tha an lùb RTD cha mhòr sreathach, agus tha an sensor a’ còmhdach raon teòthachd mòran nas fharsainge na thermistors (mar as trice -200 ° C gu +850 ° C) air sgàth nàdar neo-shreathach (exponential) an teirmeastat.Mar as trice bidh RTDn air an toirt seachad ann an lùban àbhaisteach ainmeil, fhad ‘s a bhios lùban teirmeastat ag atharrachadh a rèir neach-dèanamh.Bruidhnidh sinn mu dheidhinn seo gu mionaideach anns an earrann stiùireadh taghadh thermistor den artaigil seo.
Tha teirmeastairean air an dèanamh bho stuthan co-dhèanta, mar as trice ceirmeag, polymers, no semiconductors (mar as trice meatailt ocsaidean) agus meatailtean fìor-ghlan (platanam, nicil, no copar).Is urrainn do thermistors atharrachaidhean teothachd a lorg nas luaithe na RTDn, a’ toirt seachad fios air ais nas luaithe.Mar sin, bidh teirmean-tomhais air an cleachdadh gu cumanta le mothachairean ann an tagraidhean a dh’ fheumas cosgais ìosal, meud beag, freagairt nas luaithe, cugallachd nas àirde, agus raon teòthachd cuibhrichte, leithid smachd dealanach, smachd dachaigh is togalach, deuchainn-lannan saidheansail, no dìoladh snaim fuar airson teirm-chùpairean ann an malairteach. no cleachdadh gnìomhachais.adhbharan.Iarrtasan.
Anns a ’mhòr-chuid de chùisean, thathas a’ cleachdadh thermistors NTC airson tomhas teòthachd ceart, chan e teirmeastairean PTC.Tha cuid de thermistors PTC rim faighinn a dh'fhaodar a chleachdadh ann an cuairtean dìon thar-shruth no mar fiùsaichean ath-shuidheachadh airson tagraidhean sàbhailteachd.Tha an lùb teòthachd-aghaidh de thermistor PTC a’ sealltainn sgìre NTC glè bheag mus ruig e am puing suidse (no puing Curie), os cionn a bheil an aghaidh ag èirigh gu mòr le grunn òrdughan meudachd anns an raon de ghrunn ìrean Celsius.Fo chumhachan cus, cruthaichidh an teirmeastair PTC fèin-teasachadh làidir nuair a thèid an teòthachd suidse thairis air an teòthachd, agus àrdaichidh an aghaidh aige gu mòr, a lughdaicheas sruth cuir a-steach don t-siostam, agus mar sin a ’cur casg air milleadh.Tha an t-àite tionndaidh de thermistors PTC mar as trice eadar 60 ° C agus 120 ° C agus chan eil e freagarrach airson smachd a chumail air tomhas teòthachd ann an raon farsaing de thagraidhean.Tha an artaigil seo a’ cuimseachadh air teirmeastairean NTC, a bhios mar as trice comasach air teòthachd bho -80 ° C gu +150 ° C a thomhas no sùil a chumail air.Tha ìrean dìon aig teirmeastairean NTC bho beagan ohms gu 10 MΩ aig 25 ° C.Mar a chithear ann am fige.1, tha an t-atharrachadh ann an strì gach ceum Celsius airson teirmeastairean nas fhollaisiche na tha e airson teirmiméadar an aghaidh.An coimeas ri teirmeastairean, tha cugallachd àrd an teirmeastat agus luach àrd an aghaidh a’ sìmpleachadh a chuairteachaidh cuir a-steach, leis nach fheum teirmean-tomhais rèiteachadh uèiridh sònraichte sam bith, leithid 3-uèir no 4-uèir, gus dìoladh a dhèanamh airson strì an aghaidh luaidhe.Chan eil dealbhadh an thermistor a’ cleachdadh ach rèiteachadh sìmplidh 2-uèir.
Feumaidh tomhas teòthachd àrd-chruinneas stèidhichte air teirmeastat giollachd comharran mionaideach, tionndadh analog-gu-didseatach, sreathachadh, agus dìoladh, mar a chithear ann am fige.2.
Ged a dh’ fhaodadh an t-sreath chomharran a bhith a’ coimhead sìmplidh, tha grunn iom-fhillteachd ann a bheir buaidh air meud, cosgais agus coileanadh a’ mhàthar-mhàthair gu lèir.Tha pasgan mionaideachd ADC ADI a’ toirt a-steach grunn fhuasglaidhean amalaichte, leithid an AD7124-4 / AD7124-8, a bheir seachad grunn bhuannachdan airson dealbhadh siostam teirmeach leis gu bheil a’ mhòr-chuid de na blocaichean togail a tha a dhìth airson tagradh air an togail a-steach.Ach, tha diofar dhùbhlain ann a bhith a’ dealbhadh agus a’ dèanamh an fheum as fheàrr de fhuasglaidhean tomhais teothachd stèidhichte air teirmeastar.
Tha an artaigil seo a 'bruidhinn air gach aon de na cùisean sin agus a' toirt seachad molaidhean airson fuasgladh fhaighinn orra agus a 'sìmpleachadh a' phròiseas dealbhaidh airson leithid de shiostaman.
Tha measgachadh farsaing deTeirmichean NTCair a’ mhargaidh an-diugh, agus mar sin faodaidh e a bhith na obair eagallach a bhith a’ taghadh an teirmiche ceart airson an tagradh agad.Thoir an aire gu bheil teirmeastairean air an liostadh a rèir an luach ainmichte, is e sin an aghaidh ainmichte aig 25 ° C.Mar sin, tha an aghaidh ainmichte de 10 kΩ aig teirmeastat 10 kΩ aig 25 ° C.Tha luachan dìon ainmichte no bunaiteach aig teirmeastairean eadar beagan ohms gu 10 MΩ.Mar as trice bidh teirmean-tomhais le ìrean dìon ìosal (an aghaidh ainmichte de 10 kΩ no nas lugha) a’ toirt taic do raointean teòthachd nas ìsle, leithid -50 ° C gu +70 ° C.Faodaidh teirmean-tomhais le ìrean dìon nas àirde seasamh ri teòthachd suas gu 300 ° C.
Tha an eileamaid thermistor air a dhèanamh de mheatailt ogsaid.Tha teirmeastairean rim faighinn ann an cumaidhean ball, radial agus SMD.Tha grìogagan thermistor còmhdaichte le epoxy no glainne air a chuartachadh airson dìon a bharrachd.Tha teirmeastairean ball còmhdaichte le epoxy, teirmeastairean radial agus uachdar freagarrach airson teòthachd suas gu 150 ° C.Tha teirmeastairean grìogagan glainne freagarrach airson teòthachd àrd a thomhas.Bidh a h-uile seòrsa còmhdach / pacaidh cuideachd a’ dìon an aghaidh creimeadh.Bidh còmhdach a bharrachd aig cuid de thermistors airson dìon a bharrachd ann an àrainneachdan cruaidh.Tha ùine freagairt nas luaithe aig teirmeastairean bead na thermistors radial / SMD.Ach, chan eil iad cho seasmhach.Mar sin, tha an seòrsa thermistor a thathar a’ cleachdadh an urra ris an tagradh deireannach agus an àrainneachd anns a bheil an teirmiche suidhichte.Tha seasmhachd fad-ùine thermistor an urra ris an stuth, pacadh agus dealbhadh.Mar eisimpleir, faodaidh teirmeastat NTC le còmhdach epoxy atharrachadh 0.2 ° C gach bliadhna, fhad ‘s nach atharraich teirmiche seulaichte ach 0.02 ° C gach bliadhna.
Bidh teirmeastairean a’ tighinn ann an cruinneas eadar-dhealaichte.Mar as trice tha cruinneas teirmeastairean àbhaisteach bho 0.5 ° C gu 1.5 ° C.Tha fulangas aig an ìre strì an aghaidh thermistor agus luach beta (co-mheas 25 ° C gu 50 ° C / 85 ° C).Thoir an aire gu bheil luach beta an thermistor ag atharrachadh a rèir neach-dèanamh.Mar eisimpleir, bidh luachan beta eadar-dhealaichte aig teirmeastairean 10 kΩ NTC bho luchd-saothrachaidh eadar-dhealaichte.Airson siostaman nas cruinne, faodar teirmeastairean leithid an t-sreath Omega ™ 44xxx a chleachdadh.Tha cruinneas aca bho 0.1 ° C no 0.2 ° C thairis air raon teòthachd bho 0 ° C gu 70 ° C.Mar sin, tha an raon teodhachd a ghabhas tomhas agus an cruinneas a tha a dhìth thairis air an raon teòthachd sin a’ dearbhadh a bheil teirmeastairean freagarrach airson an tagraidh seo.Thoir an aire gur ann as àirde a tha cruinneas an t-sreath Omega 44xxx, is ann as àirde a’ chosgais.
Gus strì an aghaidh ìrean Celsius a thionndadh, mar as trice bidh an luach beta air a chleachdadh.Tha an luach beta air a dhearbhadh le bhith eòlach air an dà phuing teodhachd agus an aghaidh co-fhreagarrach aig gach puing teòthachd.
RT1 = strì an aghaidh teodhachd 1 RT2 = strì an aghaidh teodhachd 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 thathar a’ cleachdadh sa phròiseact.Tha a’ mhòr-chuid de dhuilleagan dàta thermistor a’ liostadh luach beta còmhla ri fulangas strì aig 25 ° C agus fulangas airson an luach beta.
Bidh teirmeastairean mionaideachd nas àirde agus fuasglaidhean crìochnachaidh àrd-chruinneas leithid an t-sreath Omega 44xxx a’ cleachdadh co-aontar Steinhart-Hart gus strì an aghaidh ìrean Celsius a thionndadh.Feumaidh co-aontar 2 na trì cuibhreannan A, B, agus C, a-rithist air an toirt seachad leis an neach-dèanamh mothachaidh.Leis gu bheil na co-èifeachdan co-aontar air an gineadh le bhith a’ cleachdadh trì puingean teodhachd, bidh an co-aontar a thig às a sin a’ lughdachadh na mearachd a thugadh a-steach le loidhneachadh (mar as trice 0.02 ° C).
Tha A, B agus C nan co-chomharran a thàinig bho thrì puingean teodhachd.R = strì an aghaidh teirmeastair ann an ohms T = teòthachd ann an ceumannan K
Air fige.Tha 3 a’ sealltainn excitation gnàthach an sensor.Bithear a’ cur sruth draibhidh air an thermistor agus tha an aon sruth air a chuir air an resistor mionaideachd;thathas a’ cleachdadh resistor mionaideachd mar iomradh airson tomhas.Feumaidh luach an resistor iomraidh a bhith nas àirde na no co-ionann ris an luach as àirde an aghaidh teirmeastair (a rèir an teòthachd as ìsle a chaidh a thomhas san t-siostam).
Nuair a bhios tu a’ taghadh an t-sruth excitation, feumar aire a thoirt a-rithist don neart as motha a th’ aig an thermistor.Bidh seo a’ dèanamh cinnteach gu bheil an bholtachd tarsainn an sensor agus an resistor iomraidh an-còmhnaidh aig ìre ris an gabh an electronics.Feumaidh stòr gnàthach an achaidh beagan rùm no maids toraidh.Ma tha neart an aghaidh an teirmeastat aig an teòthachd as ìsle a ghabhas tomhas, thig seo gu sruth dràibhidh gu math ìosal.Mar sin, tha an bholtadh a chaidh a chruthachadh thairis air an teirmeastat aig teòthachd àrd beag.Faodar ìrean buannachd prògramaichte a chleachdadh gus tomhas nan comharran ìre ìosal sin a mheudachadh.Ach, feumar am buannachd a phrògramadh gu dinamach leis gu bheil ìre nan comharran bhon thermistor ag atharrachadh gu mòr le teòthachd.
Is e roghainn eile am buannachd a shuidheachadh ach cleachd sruth dràibhidh fiùghantach.Mar sin, mar a bhios ìre nan comharran bhon thermistor ag atharrachadh, bidh luach sruth an draibhidh ag atharrachadh gu dinamach gus am bi an bholtachd a chaidh a leasachadh thairis air an teirmeastat taobh a-staigh raon cuir a-steach ainmichte an inneal dealanach.Feumaidh an neach-cleachdaidh dèanamh cinnteach gu bheil an bholtadh a chaidh a leasachadh thairis air an resistor iomraidh cuideachd aig ìre ris an gabh an electronics.Feumaidh an dà roghainn ìre àrd de smachd, sgrùdadh cunbhalach air an bholtadh thairis air an teirmeastat gus an urrainn don electronics an comharra a thomhas.A bheil roghainn nas fhasa ann?Beachdaich air excitation bholtaids.
Nuair a thèid bholtadh DC a chuir a-steach don thermistor, bidh an sruth tron thermistor a ’sgèileadh gu fèin-ghluasadach mar a bhios strì an teirmiche ag atharrachadh.A-nis, le bhith a’ cleachdadh resistor tomhais mionaideach an àite resistor iomraidh, is e an t-amas aige obrachadh a-mach an t-sruth a tha a’ sruthadh tron thermistor, agus mar sin a’ leigeil leis an aghaidh thermistor obrachadh a-mach.Leis gu bheil an bholtadh dràibhidh cuideachd air a chleachdadh mar chomharradh fiosrachaidh ADC, chan eil feum air ìre buannachd.Chan eil an obair aig a’ phròiseasar a bhith a’ cumail sùil air bholtaids thermistor, a’ dearbhadh an urrainnear ìre nan comharran a thomhas leis an electronics, agus obrachadh a-mach dè am buannachd draibhidh / luach gnàthach a dh’ fheumar atharrachadh.Is e seo an dòigh a chleachdar san artaigil seo.
Ma tha ìre dìon beag agus raon dìon aig an teirmeastat, faodar bholtadh no excitation gnàthach a chleachdadh.Anns a 'chùis seo, faodar an sruth dràibhidh agus buannachd a shuidheachadh.Mar sin, bidh an cuairteachadh 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, a tha luachmhor ann an tagraidhean cumhachd ìosal.A bharrachd air an sin, thathas a’ lughdachadh fèin-teasachadh an thermistor.
Faodar excitation bholtachd a chleachdadh cuideachd airson teirmeastairean le ìrean dìon ìosal.Ach, feumaidh an neach-cleachdaidh an-còmhnaidh dèanamh cinnteach nach eil an sruth tron sensor ro àrd airson an sensor no an tagradh.
Bidh excitation bholtachd a’ sìmpleachadh buileachadh nuair a bhios tu a’ cleachdadh thermistor le ìre dìon mòr agus raon teòthachd farsaing.Tha strì ainmichte nas motha a’ toirt ìre iomchaidh de shruth le inbhe.Ach, feumaidh luchd-dealbhaidh dèanamh cinnteach gu bheil an sruth aig ìre iomchaidh thairis air an raon teòthachd gu lèir le taic bhon tagradh.
Tha Sigma-Delta ADC a’ tabhann grunn bhuannachdan nuair a thathar a’ dealbhadh siostam tomhais thermistor.An toiseach, leis gu bheil an sigma-delta ADC ag ath-shamhlachadh an cuir a-steach analog, thathas a’ cumail sìoladh bhon taobh a-muigh chun ìre as ìsle agus is e sìoltachan RC sìmplidh an aon riatanas.Bidh iad a’ toirt sùbailteachd ann an seòrsa sìoltachain agus ìre toraidh baud.Faodar sìoladh didseatach togte a chleachdadh gus casg a chuir air bacadh sam bith air innealan le cumhachd prìomh phìoban.Tha làn rùn aig innealan 24-bit leithid an AD7124-4 / AD7124-8 suas ri 21.7 bit, agus mar sin bheir iad seachad fuasgladh àrd.
Tha cleachdadh ADC sigma-delta gu mòr a’ sìmpleachadh dealbhadh thermistor fhad ‘s a tha e a’ lughdachadh sònrachadh, cosgais siostam, àite bùird, agus ùine gu margaid.
Bidh an artaigil seo a’ cleachdadh an AD7124-4 / AD7124-8 mar an ADC leis gu bheil iad nan ADCan fuaim ìosal, sruth ìosal, mionaideachd le PGA togte, iomradh togte, cuir a-steach analog, agus bufair iomraidh.
Ge bith co-dhiù a tha thu a 'cleachdadh sruth dràibhidh no bholtadh dràibhidh, thathar a' moladh rèiteachadh co-mheasaidh anns am bi an bholtadh iomraidh agus bholtaids mothachaidh a 'tighinn bhon aon stòr dràibhidh.Tha seo a’ ciallachadh nach toir atharrachadh sam bith air an stòr excitation buaidh air cruinneas an tomhais.
Air fige.Tha 5 a’ sealltainn an sruth dràibhidh seasmhach airson an teirmeastat agus resistor mionaideachd RREF, is e am bholtadh a chaidh a leasachadh thairis air RREF am bholtadh iomraidh airson an teirmeastat a thomhas.
Chan fheum sruth an raoin a bhith neo-mhearachdach agus dh’ fhaodadh nach bi e cho seasmhach oir thèid cuir às do mhearachdan sam bith san t-sruth achaidh san rèiteachadh seo.San fharsaingeachd, is fheàrr le excitation gnàthach seach excitation bholtachd mar thoradh air smachd cugallachd nas fheàrr agus dìonachd fuaim nas fheàrr nuair a tha an sensor suidhichte ann an àiteachan iomallach.Tha an seòrsa seo de dhòigh claonadh air a chleachdadh gu h-àbhaisteach airson RTDn no teirmeastairean le luachan dìon ìosal.Ach, airson teirmeastat le luach dìon nas àirde agus cugallachd nas àirde, bidh an ìre chomharran a thig bho gach atharrachadh teòthachd nas motha, agus mar sin thathas a’ cleachdadh excitation bholtachd.Mar eisimpleir, tha an aghaidh teirmeastair 10 kΩ de 10 kΩ aig 25 ° C.Aig -50 ° C, is e 441.117 kΩ an aghaidh thermistor NTC.Tha an sruth dràibhidh as ìsle de 50 µA air a sholarachadh 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 ADC a tha rim faighinn san raon tagraidh seo.Tha teirmean-tomhais cuideachd mar as trice ceangailte no suidhichte faisg air an electronics, agus mar sin chan eil feum air dìonachd gus sruth a dhràibheadh.
Le bhith a’ cur resistor mothachaidh ann an sreath mar chuairt roinneadh bholtachd cuingealaich an sruth tron theirmistor chun luach dìon as ìsle aige.Anns an rèiteachadh seo, feumaidh luach an resistor mothachaidh RSENSE a bhith co-ionann ri luach an aghaidh thermistor aig teòthachd iomraidh de 25 ° C, gus am bi an bholtadh toraidh co-ionann ri meadhan-phuing na bholtaids iomraidh aig an teòthachd ainmichte de 25 ° CC San aon dòigh, ma thèid teirmiche 10 kΩ le strì an aghaidh 10 kΩ aig 25 ° C a chleachdadh, bu chòir RSENSE a bhith 10 kΩ.Mar a bhios an teòthachd ag atharrachadh, bidh strì an thermistor NTC cuideachd ag atharrachadh, agus bidh an co-mheas de bholtachd an draibhidh thairis air an teirmeastat cuideachd ag atharrachadh, agus mar thoradh air an sin bidh an bholtadh toraidh a rèir strì an NTC thermistor.
Ma tha an t-iomradh bholtachd taghte a chaidh a chleachdadh gus cumhachd a thoirt don thermistor agus / no RSENSE a’ maidseadh bholtachd iomraidh ADC a thathar a’ cleachdadh airson tomhais, tha an siostam air a shuidheachadh gu tomhas reusanachaidh (Figear 7) gus am bi tobar bholtachd mearachd co-cheangailte ri excitation claon airson a thoirt air falbh.
Thoir an aire gum bu chòir fulangas tùsail ìosal agus gluasad ìosal a bhith aig an resistor mothachaidh (air a stiùireadh le bholtadh) no an resistor iomraidh (air a stiùireadh le sruth), oir faodaidh an dà chaochladair buaidh a thoirt air cruinneas an t-siostam gu lèir.
Nuair a bhios tu a’ cleachdadh ioma thermistors, faodar aon bholtadh excitation a chleachdadh.Ach, feumaidh an resistor mothachaidh mionaideach fhèin a bhith aig gach teirmiméadar, mar a chithear ann am fige.8. 'S e roghainn eile a bhith a' cleachdadh ioma-fhillteadair bhon taobh a-muigh no tionndadh ìosal-frithealaidh anns an stàit air adhart, a leigeas le bhith a' co-roinn aon resistor mothachaidh mionaideach.Leis an rèiteachadh seo, feumaidh gach teirmiche beagan ùine rèite nuair a thèid a thomhas.
Ann an geàrr-chunntas, nuair a thathar a’ dealbhadh siostam tomhais teodhachd stèidhichte air thermistor, tha mòran cheistean ri bheachdachadh: taghadh mothachaidh, sreangadh mothachaidh, malairt taghadh phàirtean, rèiteachadh ADC, agus mar a bheir na caochladairean sin buaidh air cruinneas iomlan an t-siostaim.Tha an ath artaigil san t-sreath seo a’ mìneachadh mar as fheàrr a nì thu dealbhadh an t-siostaim agad agus buidseat mearachd siostam iomlan gus do choileanadh targaid a choileanadh.
Ùine puist: Sultain-30-2022