Mendapat hasil positif daripada termistor NTC dengan antara muka pasif yang ringkas

Termistor NTC popular kerana kos rendah, saiz kecil, pembinaan lasak, ketepatan tinggi, serba boleh dan kepekaan yang tinggi, tetapi fungsi tindak balas suhunya sangat tidak linear, menjadikan pengujaan dan pendigitalan isyarat dan pemprosesan tugas yang sukar ...

Memandangkan kos umumnya rendah, saiz kecil, pembinaan teguh, ketepatan, serba boleh dan kepekaan, tidak hairanlah bahawa termistor pekali suhu negatif asas (NTC) menilai antara penderia suhu paling popular yang ada. Walau bagaimanapun, fungsi tindak balas suhu mereka sangat tidak linear (eksponen literal), menjadikan pengujaan dan pendigitalan isyarat dan memproses latihan reka bentuk yang menarik.

Lembaran data termistor NTC biasa (cth, Molex 2152723605) meringkaskan sifat termo-elektrik dengan empat parameter (Persamaan 1 hingga 5), ​​ditunjukkan dalam Rajah 1 (nombor yang dipinjam daripada data 2152723605):

Kepada = suhu berkadar/penentukuran (25°C = 298.15 K) (1)

Ro = rintangan pada Kepada (10k ±1%) (2)

b = beta (3892 K) (3)

Faktor pelesapan (pemanasan sendiri) (1.5 mW/°C) (4)

Kemudian rintangan termistor (Rt) sebagai fungsi suhu (T) dalam Kelvin diramalkan oleh:

Rt = Ro exp(b(T(-1– Kepada(-1))) (5)

Menggunakan prinsip KISS klasik, kita melihat dalam Rajah 1 calon untuk litar paling mudah yang mungkin untuk menggerakkan isyarat daripada termistor, dan beberapa matematik asas untuk menapis pengukuran suhu daripada outputnya dan parameter 1, 2, dan 3 dari atas.

Rajah 1 Litar pengujaan pasif termistor asas:

Cx = pengurangan hingar pilihan, mungkin 100 nF

Rx = perintang pengujaan

Rt = Rx(V/Vref)/(1 – V/Vref)

T= (Ln (Rt/Rx)/b + Tx-1)-1

Selain daripada Cx (sangat tidak kritikal) dan termistor itu sendiri, satu-satunya komponen dalam Rajah 1 ialah Rx. Cara terbaik untuk memilih nilainya?

Intuisi mencadangkan dan matematik mengesahkan bahawa pilihan optimum (sekurang-kurangnya hampir begitu) adalah untuk menjadikan Rx sama dengan termistor di tengah-tengah rentang pengukuran suhu yang diperlukan oleh aplikasi. Suhu titik tengah tersebut (memanggilnya Tx) kemudiannya akan mengeluarkan V = Vref/2 dan dengan itu mengedarkan resolusi ADC secara simetri ke atas julat ukuran. Persamaan. 5 memberitahu kami cara untuk ke sana.

Katakan kita memilih julat ukuran 0oC hingga 100oC, kemudian Tx = 50oC = 323.15 K dan aritmetik Persamaan 5 memberitahu kita (menggunakan nombor 2152723605):

Rx = Ro exp(b(Tx-1- Ke-1)) Rx = 10000 exp(3892 (323.15)-1 - 298.15-1)) Rx = 3643 (nilai 1% standard terdekat = 3650)

Sekarang, jika kita dengan mudah memilih Vref = 5V untuk kedua-dua input kepada Rx dan kepada input rujukan ADC (kerana ini adalah ukuran nisbah, nilai mutlak Vref agak tidak penting) kita boleh menetapkan:

X = ADC/2N = V/Vref Kemudian, T = (Ln(X/(1 – X))/b + Tx -1)-1

°C = (Ln(X/(1 – X))/3892 + 0.003095)-1- 273.15

Dan tugas itu selesai!

Atau adakah ia? Bagaimana pula dengan faktor pelesapan (pemanasan sendiri) (1.5 mW/°C)?

Kami jelas tidak mahu pemanasan sendiri termistor mengganggu pengukuran suhu dengan ketara. Had munasabah untuk ralat pemanasan sendiri mungkin setengah darjah dan dalam kes 2152723803 mW/°C 1.5, ini akan menentukan mengehadkan pelesapan maksimum kepada tidak lebih daripada:

Pmaks = (1.5 mW)/2 = 0.75 mW

Pelesapan maksima kepada Vref(2)/4/Rx apabila Rt = Rx dan dalam kes Vref ini

= 5V oleh itu akan menjadi:

Pmax = Vref2/4/Rx

= 25/4/3650

= 1.7 mW

= 1.1 ° C

Yikes! Itu lebih daripada dua kali ralat pemanasan diri maksimum yang ditetapkan. Apa yang perlu dilakukan? Jangan risau, penyelesaian dicadangkan oleh Rajah 2.

Rajah 2 Rvdd mengehadkan pemanasan kendiri termistor maksimum kepada Pmax:

Pmaks = Vdd(2)/4/(Rx + Rvdd)

Rvdd = Vdd(2)/4/Pmax – Rx jika > sifar, jika tidak Rvdd = 0

(Vdd Rx/(Rvdd + Rx)) < Vref < Vdd

Mencelup semula ke dalam nombor 2152723605 dan mengekalkan Vdd = 5 V:

Rvdd = 25/4/(0.75 mW) – 3650

Rvdd = 8333 – 3650 = 4.7k

Pmaks = 0.749 mW

2.8 V < Vref < 5 V

Ambil perhatian bahawa jika matematik Rajah 2 menghasilkan nilai sifar atau negatif untuk Rvdd, maka tiada Rvdd diperlukan dan litar Rajah 1 asal akan berfungsi dengan baik.

Walaupun Vref akan berbeza dengan Rt dan oleh itu suhu, ADC monolitik rujukan luaran lazimnya sangat bertolak ansur dengan variasi Vref dalam julat yang ditunjukkan dan akan melakukan penukaran nisbahmetrik yang tepat walaupun ada.