ایک سادہ غیر فعال انٹرفیس کے ساتھ NTC تھرمسٹرز سے مثبت نتائج حاصل کرنا

این ٹی سی تھرمسٹر اپنی کم قیمت، چھوٹے سائز، ناہموار تعمیر، اعلیٰ درستگی، استعداد اور اعلیٰ حساسیت کے لیے مشہور ہیں، لیکن ان کے درجہ حرارت کے ردعمل کا فنکشن انتہائی نان لائنر ہے، جوش و خروش اور سگنل کی ڈیجیٹلائزیشن اور پروسیسنگ ایک مشکل کام ہے...

ان کی عام طور پر کم قیمت، چھوٹے سائز، مضبوط تعمیر، درستگی، استعداد اور حساسیت کو دیکھتے ہوئے، یہ کوئی تعجب کی بات نہیں ہے کہ بنیادی منفی درجہ حرارت کوفیشینٹ (NTC) تھرمسٹر دستیاب مقبول ترین درجہ حرارت کے سینسروں میں سے شرح کرتے ہیں۔ تاہم، ان کا درجہ حرارت ردعمل کا فنکشن انتہائی نان لائنر (لفظی طور پر ایکسپونینشل) ہے، جوش و خروش اور سگنل ڈیجیٹائزیشن اور ڈیزائن کی دلچسپ مشقوں پر کارروائی کرتا ہے۔

عام NTC تھرمسٹر کی ڈیٹا شیٹ (مثال کے طور پر، Molex 2152723605) تھرمو الیکٹرک خصوصیات کا خلاصہ چار پیرامیٹرز (مساوات 1 سے 5) کے ساتھ کرتی ہے، جو کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے (2152723605 ڈیٹا سے لیے گئے نمبر):

تا = درجہ بندی/انشانکن درجہ حرارت (25°C = 298.15 K) (1)

Ro = مزاحمت To (10k ±1%) پر (2)

b = بیٹا (3892 K) (3)

کھپت (خود حرارتی) عنصر (1.5 میگاواٹ/°C) (4)

پھر کیلون میں درجہ حرارت (T) کے فنکشن کے طور پر تھرمسٹر ریزسٹنس (Rt) کی پیشین گوئی کی جاتی ہے:

Rt = Ro EXP(b(T)-1– سے(-1))) (5)

کلاسک KISS اصول کو لاگو کرتے ہوئے، ہم شکل 1 میں تھرمسٹر سے سگنل کو گھیرنے کے لیے آسان ترین سرکٹ کا امیدوار، اور اس کے آؤٹ پٹ اور پیرامیٹرز 1، 2، اور 3 سے اوپر سے درجہ حرارت کی پیمائش حاصل کرنے کے لیے کچھ بنیادی ریاضی دیکھتے ہیں۔

شکل 1 بنیادی تھرمسٹر غیر فعال حوصلہ افزائی سرکٹ:

Cx = اختیاری شور میں کمی، شاید 100 nF

Rx = اتیجیت ریزسٹر

Rt = Rx(V/Vref)/(1 – V/Vref)

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

(انتہائی غیر تنقیدی) Cx اور خود تھرمسٹر کے علاوہ، شکل 1 میں واحد جزو Rx ہے۔ اس کی قیمت کا انتخاب کیسے بہترین ہے؟

وجدان تجویز کرتا ہے اور ریاضی اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ زیادہ سے زیادہ (کم از کم تقریباً اتنا ہی) انتخاب یہ ہے کہ درخواست کے لیے درکار درجہ حرارت کی پیمائش کے دورانیے کے درمیان میں Rx کو تھرمسٹر کے برابر بنایا جائے۔ کہا کہ درمیانی نقطہ کا درجہ حرارت (اسے Tx کہتے ہیں) پھر V = Vref/2 کو آؤٹ پٹ کرے گا اور اس طرح ADC ریزولوشن کو پیمائش کی حد میں ہم آہنگی سے تقسیم کرے گا۔ مساوات 5 ہمیں بتاتا ہے کہ وہاں کیسے جانا ہے۔

فرض کریں کہ ہم 0oC سے 100oC کی پیمائش کی حد کا انتخاب کرتے ہیں، پھر Tx = 50oC = 323.15 K اور مساوات 5 کا ریاضی ہمیں بتاتا ہے (2152723605 کے نمبروں کا استعمال کرتے ہوئے):

Rx = Ro EXP(b(Tx-1--1)) Rx = 10000 EXP(3892 (323.15)-1 - 298.15-1)) Rx = 3643 (قریب ترین معیاری 1% قدر = 3650)

اب، اگر ہم Rx اور ADC کے حوالہ ان پٹ دونوں کے لیے Vref = 5V کا انتخاب کرتے ہیں (چونکہ یہ ایک تناسبی پیمائش ہے، Vref کی مطلق قدر نسبتاً غیر اہم ہے) ہم سیٹ کر سکتے ہیں:

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

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

اور کام ہو گیا!

یا یہ ہے؟ اس کھپت (خود حرارتی) عنصر (1.5 میگاواٹ/°C) کے بارے میں کیا خیال ہے؟

ہم واضح طور پر نہیں چاہتے ہیں کہ تھرمسٹر سیلف ہیٹنگ درجہ حرارت کی پیمائش میں نمایاں طور پر مداخلت کرے۔ خود حرارتی خرابی کی ایک معقول حد نصف ڈگری ہو سکتی ہے اور 2152723803 کے 1.5 میگاواٹ/°C کی صورت میں، یہ زیادہ سے زیادہ کھپت کو اس سے زیادہ تک محدود کرنے کا حکم دے گا:

Pmax = (1.5 میگاواٹ)/2 = 0.75 میگاواٹ

جب Rt = Rx اور Vref کی اس صورت میں کھپت زیادہ سے زیادہ Vref(2)/4/Rx تک پہنچ جاتی ہے۔

= 5V تو یہ ہوگا:

Pmax = Vref2/4/Rx

= 25/4/3650

= 1.7 میگاواٹ

= 1.1. C

اوہ! اس سے زیادہ ہے۔ میں دو بار مقرر کردہ زیادہ سے زیادہ خود حرارتی غلطی۔ کیا کرنا ہے؟ پریشان ہونے کی کوئی بات نہیں، تصویر 2 کے ذریعہ ایک حل تجویز کیا گیا ہے۔

شکل 2 Rvdd زیادہ سے زیادہ تھرمسٹر سیلف ہیٹنگ کو Pmax تک محدود کرتا ہے:

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

Rvdd = Vdd(2)/4/Pmax - Rx اگر > صفر، ورنہ Rvdd = 0

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

2152723605 نمبروں میں دوبارہ ڈوبنا اور Vdd = 5 V رکھنا:

آر وی ڈی ڈی = 25/4/(0.75 میگاواٹ) – 3650

Rvdd = 8333 – 3650 = 4.7k

Pmax = 0.749 میگاواٹ

2.8 V < Vref < 5 V

نوٹ کریں کہ اگر فگر 2 ریاضی Rvdd کے لیے صفر یا منفی قدر حاصل کرتا ہے، تو پھر Rvdd کی ضرورت نہیں ہے، اور اصل شکل 1 سرکٹ بالکل ٹھیک کام کرے گا۔

اگرچہ Vref Rt اور اس وجہ سے درجہ حرارت کے ساتھ مختلف ہوگا، بیرونی حوالہ یک سنگی ADCs عام طور پر دکھائے گئے رینج کے اندر Vref تغیرات کو بہت برداشت کرتے ہیں اور ان کے باوجود درست تناسبی تبدیلیاں انجام دیں گے۔