തെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപനില അളക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യൽ: ഒരു വെല്ലുവിളി

രണ്ട് ഭാഗങ്ങളുള്ള ഒരു പരമ്പരയിലെ ആദ്യ ലേഖനമാണിത്. ഈ ലേഖനം ആദ്യം ചരിത്രവും ഡിസൈൻ വെല്ലുവിളികളും ചർച്ച ചെയ്യുംതെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപനിലഅളക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ, അതുപോലെ തന്നെ റെസിസ്റ്റൻസ് തെർമോമീറ്റർ (RTD) താപനില അളക്കൽ സംവിധാനങ്ങളുമായുള്ള അവയുടെ താരതമ്യം. തെർമിസ്റ്ററിന്റെ തിരഞ്ഞെടുപ്പ്, കോൺഫിഗറേഷൻ ട്രേഡ്-ഓഫുകൾ, ഈ ആപ്ലിക്കേഷൻ മേഖലയിൽ സിഗ്മ-ഡെൽറ്റ അനലോഗ്-ടു-ഡിജിറ്റൽ കൺവെർട്ടറുകളുടെ (ADC-കൾ) പ്രാധാന്യം എന്നിവയും ഇത് വിവരിക്കും. അന്തിമ തെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള അളക്കൽ സംവിധാനം എങ്ങനെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാമെന്നും വിലയിരുത്താമെന്നും രണ്ടാമത്തെ ലേഖനം വിശദമായി വിശദീകരിക്കും.
മുൻ ലേഖന പരമ്പരയായ "ആർടിഡി ടെമ്പറേച്ചർ സെൻസർ സിസ്റ്റങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക"-ൽ വിവരിച്ചതുപോലെ, ഒരു ആർടിഡി എന്നത് താപനിലയനുസരിച്ച് പ്രതിരോധം വ്യത്യാസപ്പെടുന്ന ഒരു റെസിസ്റ്ററാണ്. ആർടിഡികൾക്ക് സമാനമായി തെർമിസ്റ്ററുകൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. പോസിറ്റീവ് ടെമ്പറേച്ചർ കോഫിഫിഷ്യന്റ് മാത്രമുള്ള ആർടിഡികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഒരു തെർമിസ്റ്ററിന് പോസിറ്റീവ് അല്ലെങ്കിൽ നെഗറ്റീവ് ടെമ്പറേച്ചർ കോഫിഫിഷ്യന്റ് ഉണ്ടാകാം. നെഗറ്റീവ് ടെമ്പറേച്ചർ കോഫിഫിഷ്യന്റ് (എൻടിസി) തെർമിസ്റ്ററുകൾ താപനില ഉയരുമ്പോൾ അവയുടെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുന്നു, അതേസമയം പോസിറ്റീവ് ടെമ്പറേച്ചർ കോഫിഫിഷ്യന്റ് (പിടിസി) തെർമിസ്റ്ററുകൾ താപനില ഉയരുമ്പോൾ അവയുടെ പ്രതിരോധം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ചിത്രം 1-ൽ സാധാരണ എൻടിസി, പിടിസി തെർമിസ്റ്ററുകളുടെ പ്രതികരണ സവിശേഷതകൾ കാണിക്കുകയും അവയെ ആർടിഡി കർവുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.
താപനില പരിധിയുടെ കാര്യത്തിൽ, RTD വക്രം ഏതാണ്ട് രേഖീയമാണ്, കൂടാതെ തെർമിസ്റ്ററിന്റെ നോൺ-ലീനിയർ (എക്‌സ്‌പോണൻഷ്യൽ) സ്വഭാവം കാരണം സെൻസർ തെർമിസ്റ്ററുകളേക്കാൾ വളരെ വിശാലമായ താപനില പരിധി ഉൾക്കൊള്ളുന്നു (സാധാരണയായി -200°C മുതൽ +850°C വരെ). RTD-കൾ സാധാരണയായി അറിയപ്പെടുന്ന സ്റ്റാൻഡേർഡ് കർവുകളിലാണ് നൽകുന്നത്, അതേസമയം തെർമിസ്റ്റർ കർവുകൾ നിർമ്മാതാവിനെ ആശ്രയിച്ച് വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ഈ ലേഖനത്തിലെ തെർമിസ്റ്റർ സെലക്ഷൻ ഗൈഡ് വിഭാഗത്തിൽ നമ്മൾ ഇതിനെക്കുറിച്ച് വിശദമായി ചർച്ച ചെയ്യും.
തെർമിസ്റ്ററുകൾ സാധാരണയായി സെറാമിക്സ്, പോളിമറുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ സെമികണ്ടക്ടറുകൾ (സാധാരണയായി ലോഹ ഓക്സൈഡുകൾ), ശുദ്ധമായ ലോഹങ്ങൾ (പ്ലാറ്റിനം, നിക്കൽ, അല്ലെങ്കിൽ ചെമ്പ്) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ആർടിഡികളേക്കാൾ വേഗത്തിൽ താപനില മാറ്റങ്ങൾ കണ്ടെത്താനും വേഗത്തിലുള്ള ഫീഡ്‌ബാക്ക് നൽകാനും തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് കഴിയും. അതിനാൽ, ഇലക്ട്രോണിക്സ് നിയന്ത്രണം, വീട്, കെട്ടിട നിയന്ത്രണം, ശാസ്ത്രീയ ലബോറട്ടറികൾ, അല്ലെങ്കിൽ വാണിജ്യ അല്ലെങ്കിൽ വ്യാവസായിക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലെ തെർമോകോളുകൾക്കുള്ള കോൾഡ് ജംഗ്ഷൻ നഷ്ടപരിഹാരം തുടങ്ങിയ കുറഞ്ഞ ചെലവ്, ചെറിയ വലിപ്പം, വേഗതയേറിയ പ്രതികരണം, ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത, പരിമിതമായ താപനില പരിധി എന്നിവ ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ സെൻസറുകളാണ് തെർമിസ്റ്ററുകൾ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഉദ്ദേശ്യങ്ങൾ. ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ.
മിക്ക കേസുകളിലും, PTC തെർമിസ്റ്ററുകൾക്കല്ല, കൃത്യമായ താപനില അളക്കുന്നതിനാണ് NTC തെർമിസ്റ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഓവർകറന്റ് പ്രൊട്ടക്ഷൻ സർക്യൂട്ടുകളിലോ സുരക്ഷാ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി റീസെറ്റബിൾ ഫ്യൂസുകളായോ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന ചില PTC തെർമിസ്റ്ററുകൾ ലഭ്യമാണ്. ഒരു PTC തെർമിസ്റ്ററിന്റെ റെസിസ്റ്റൻസ്-ടെമ്പറേച്ചർ കർവ് സ്വിച്ച് പോയിന്റിൽ (അല്ലെങ്കിൽ ക്യൂറി പോയിന്റിൽ) എത്തുന്നതിനുമുമ്പ് വളരെ ചെറിയ ഒരു NTC മേഖല കാണിക്കുന്നു, അതിന് മുകളിൽ നിരവധി ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് പരിധിയിൽ പ്രതിരോധം കുത്തനെ ഉയരുന്നു. ഓവർകറന്റ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ, സ്വിച്ചിംഗ് താപനില കവിയുമ്പോൾ PTC തെർമിസ്റ്റർ ശക്തമായ സ്വയം-താപനം സൃഷ്ടിക്കുകയും അതിന്റെ പ്രതിരോധം കുത്തനെ ഉയരുകയും ചെയ്യും, ഇത് സിസ്റ്റത്തിലേക്കുള്ള ഇൻപുട്ട് കറന്റ് കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി കേടുപാടുകൾ തടയുകയും ചെയ്യും. PTC തെർമിസ്റ്ററുകളുടെ സ്വിച്ചിംഗ് പോയിന്റ് സാധാരണയായി 60°C നും 120°C നും ഇടയിലാണ്, കൂടാതെ വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ താപനില അളവുകൾ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് അനുയോജ്യമല്ല. ഈ ലേഖനം NTC തെർമിസ്റ്ററുകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു, അവ സാധാരണയായി -80°C മുതൽ +150°C വരെയുള്ള താപനില അളക്കാനോ നിരീക്ഷിക്കാനോ കഴിയും. NTC തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് 25°C-ൽ കുറച്ച് ഓം മുതൽ 10 MΩ വരെ പ്രതിരോധ റേറ്റിംഗുകൾ ഉണ്ട്. ചിത്രം 1-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് ഒരു ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ പ്രതിരോധത്തിലെ മാറ്റം റെസിസ്റ്റൻസ് തെർമോമീറ്ററുകളെ അപേക്ഷിച്ച് കൂടുതൽ വ്യക്തമാണ്. തെർമിസ്റ്ററുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, തെർമിസ്റ്ററിന്റെ ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും ഉയർന്ന പ്രതിരോധ മൂല്യവും അതിന്റെ ഇൻപുട്ട് സർക്യൂട്ടറിയെ ലളിതമാക്കുന്നു, കാരണം ലെഡ് പ്രതിരോധത്തിന് നഷ്ടപരിഹാരം നൽകാൻ തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് 3-വയർ അല്ലെങ്കിൽ 4-വയർ പോലുള്ള പ്രത്യേക വയറിംഗ് കോൺഫിഗറേഷൻ ആവശ്യമില്ല. തെർമിസ്റ്റർ രൂപകൽപ്പനയിൽ ലളിതമായ ഒരു 2-വയർ കോൺഫിഗറേഷൻ മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കുന്നുള്ളൂ.
ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള തെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപനില അളക്കലിന് കൃത്യമായ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ്, അനലോഗ്-ടു-ഡിജിറ്റൽ പരിവർത്തനം, ലീനിയറൈസേഷൻ, നഷ്ടപരിഹാരം എന്നിവ ആവശ്യമാണ്.
സിഗ്നൽ ശൃംഖല ലളിതമായി തോന്നാമെങ്കിലും, മുഴുവൻ മദർബോർഡിന്റെയും വലുപ്പം, വില, പ്രകടനം എന്നിവയെ ബാധിക്കുന്ന നിരവധി സങ്കീർണ്ണതകൾ ഉണ്ട്. ADI-യുടെ പ്രിസിഷൻ ADC പോർട്ട്‌ഫോളിയോയിൽ AD7124-4/AD7124-8 പോലുള്ള നിരവധി സംയോജിത പരിഹാരങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് ഒരു ആപ്ലിക്കേഷന് ആവശ്യമായ മിക്ക ബിൽഡിംഗ് ബ്ലോക്കുകളും അന്തർനിർമ്മിതമായതിനാൽ താപ സിസ്റ്റം രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് നിരവധി ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, തെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപനില അളക്കൽ പരിഹാരങ്ങൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിലും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലും വിവിധ വെല്ലുവിളികളുണ്ട്.
ഈ ലേഖനം ഈ പ്രശ്നങ്ങളിൽ ഓരോന്നും ചർച്ച ചെയ്യുകയും അവ പരിഹരിക്കുന്നതിനും അത്തരം സിസ്റ്റങ്ങളുടെ രൂപകൽപ്പന പ്രക്രിയ കൂടുതൽ ലളിതമാക്കുന്നതിനുമുള്ള ശുപാർശകൾ നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.
വൈവിധ്യമാർന്നഎൻ‌ടി‌സി തെർമിസ്റ്ററുകൾഇന്ന് വിപണിയിൽ ലഭ്യമാണ്, അതിനാൽ നിങ്ങളുടെ ആപ്ലിക്കേഷന് അനുയോജ്യമായ തെർമിസ്റ്റർ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള കാര്യമാണ്. 25°C-ൽ അവയുടെ നാമമാത്ര പ്രതിരോധം എന്ന നാമമാത്ര മൂല്യം അനുസരിച്ചാണ് തെർമിസ്റ്ററുകൾ പട്ടികപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നത് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. അതിനാൽ, 10 kΩ തെർമിസ്റ്ററിന് 25°C-ൽ 10 kΩ എന്ന നാമമാത്ര പ്രതിരോധമുണ്ട്. തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് കുറച്ച് ഓം മുതൽ 10 MΩ വരെയുള്ള നാമമാത്ര അല്ലെങ്കിൽ അടിസ്ഥാന പ്രതിരോധ മൂല്യങ്ങളുണ്ട്. കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധ റേറ്റിംഗുകളുള്ള (10 kΩ അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കുറഞ്ഞ നാമമാത്ര പ്രതിരോധം) തെർമിസ്റ്ററുകൾ സാധാരണയായി -50°C മുതൽ +70°C വരെയുള്ള താഴ്ന്ന താപനില ശ്രേണികളെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു. ഉയർന്ന പ്രതിരോധ റേറ്റിംഗുകളുള്ള തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് 300°C വരെ താപനിലയെ നേരിടാൻ കഴിയും.
തെർമിസ്റ്റർ മൂലകം ലോഹ ഓക്സൈഡ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ബോൾ, റേഡിയൽ, എസ്എംഡി ആകൃതികളിൽ തെർമിസ്റ്ററുകൾ ലഭ്യമാണ്. കൂടുതൽ സംരക്ഷണത്തിനായി തെർമിസ്റ്റർ ബീഡുകൾ എപ്പോക്സി കോട്ടഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഗ്ലാസ് എൻക്യാപ്സുലേറ്റഡ് ആണ്. എപ്പോക്സി കോട്ടഡ് ബോൾ തെർമിസ്റ്ററുകൾ, റേഡിയൽ, സർഫസ് തെർമിസ്റ്ററുകൾ 150°C വരെയുള്ള താപനിലയ്ക്ക് അനുയോജ്യമാണ്. ഉയർന്ന താപനില അളക്കാൻ ഗ്ലാസ് ബീഡ് തെർമിസ്റ്ററുകൾ അനുയോജ്യമാണ്. എല്ലാത്തരം കോട്ടിംഗുകളും/പാക്കേജിംഗും നാശത്തിൽ നിന്ന് സംരക്ഷിക്കുന്നു. കഠിനമായ അന്തരീക്ഷത്തിൽ അധിക സംരക്ഷണത്തിനായി ചില തെർമിസ്റ്ററുകളിൽ അധിക ഹൗസിംഗുകളും ഉണ്ടായിരിക്കും. ബീഡ് തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് റേഡിയൽ/എസ്എംഡി തെർമിസ്റ്ററുകളേക്കാൾ വേഗതയേറിയ പ്രതികരണ സമയമുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, അവ അത്ര ഈടുനിൽക്കുന്നവയല്ല. അതിനാൽ, ഉപയോഗിക്കുന്ന തെർമിസ്റ്ററിന്റെ തരം അന്തിമ പ്രയോഗത്തെയും തെർമിസ്റ്റർ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന പരിസ്ഥിതിയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഒരു തെർമിസ്റ്ററിന്റെ ദീർഘകാല സ്ഥിരത അതിന്റെ മെറ്റീരിയൽ, പാക്കേജിംഗ്, ഡിസൈൻ എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു എപ്പോക്സി പൂശിയ NTC തെർമിസ്റ്ററിന് പ്രതിവർഷം 0.2°C താപനിലയിൽ മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയും, അതേസമയം സീൽ ചെയ്ത ഒരു തെർമിസ്റ്ററിന് പ്രതിവർഷം 0.02°C മാത്രമേ താപനിലയിൽ മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയൂ.
തെർമിസ്റ്ററുകൾ വ്യത്യസ്ത കൃത്യതയിൽ ലഭ്യമാണ്. സ്റ്റാൻഡേർഡ് തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് സാധാരണയായി 0.5°C മുതൽ 1.5°C വരെ കൃത്യതയുണ്ട്. തെർമിസ്റ്റർ റെസിസ്റ്റൻസ് റേറ്റിംഗിനും ബീറ്റാ മൂല്യത്തിനും (25°C മുതൽ 50°C/85°C വരെയുള്ള അനുപാതം) ഒരു സഹിഷ്ണുതയുണ്ട്. തെർമിസ്റ്ററിന്റെ ബീറ്റാ മൂല്യം നിർമ്മാതാവിനെ ആശ്രയിച്ച് വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. ഉദാഹരണത്തിന്, വ്യത്യസ്ത നിർമ്മാതാക്കളിൽ നിന്നുള്ള 10 kΩ NTC തെർമിസ്റ്ററുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ബീറ്റാ മൂല്യങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കും. കൂടുതൽ കൃത്യമായ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക്, ഒമേഗ™ 44xxx സീരീസ് പോലുള്ള തെർമിസ്റ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കാം. 0°C മുതൽ 70°C വരെയുള്ള താപനില പരിധിയിൽ അവയ്ക്ക് 0.1°C അല്ലെങ്കിൽ 0.2°C കൃത്യതയുണ്ട്. അതിനാൽ, അളക്കാൻ കഴിയുന്ന താപനിലകളുടെ ശ്രേണിയും ആ താപനില പരിധിയിൽ ആവശ്യമായ കൃത്യതയും തെർമിസ്റ്ററുകൾ ഈ ആപ്ലിക്കേഷന് അനുയോജ്യമാണോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കുന്നു. ഒമേഗ 44xxx സീരീസിന്റെ കൃത്യത കൂടുന്തോറും ചെലവ് കൂടുതലായിരിക്കുമെന്ന് ദയവായി ശ്രദ്ധിക്കുക.
പ്രതിരോധത്തെ ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ സാധാരണയായി ബീറ്റ മൂല്യം ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ട് താപനില പോയിന്റുകളും ഓരോ താപനില പോയിന്റിലെയും അനുബന്ധ പ്രതിരോധവും അറിഞ്ഞാണ് ബീറ്റ മൂല്യം നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.
RT1 = താപനില പ്രതിരോധം 1 RT2 = താപനില പ്രതിരോധം 2 T1 = താപനില 1 (K) T2 = താപനില 2 (K)
പ്രോജക്റ്റിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന താപനില ശ്രേണിയോട് ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള ബീറ്റ മൂല്യമാണ് ഉപയോക്താവ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. മിക്ക തെർമിസ്റ്റർ ഡാറ്റാഷീറ്റുകളും 25°C-ൽ പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള ഒരു ബീറ്റ മൂല്യവും ബീറ്റ മൂല്യത്തിനായുള്ള ഒരു ടോളറൻസും പട്ടികപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.
ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള തെർമിസ്റ്ററുകളും ഒമേഗ 44xxx സീരീസ് പോലുള്ള ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള ടെർമിനേഷൻ സൊല്യൂഷനുകളും പ്രതിരോധത്തെ ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ സ്റ്റെയിൻഹാർട്ട്-ഹാർട്ട് സമവാക്യം ഉപയോഗിക്കുന്നു. സമവാക്യം 2 ന് സെൻസർ നിർമ്മാതാവ് നൽകുന്ന മൂന്ന് സ്ഥിരാങ്കങ്ങൾ A, B, C എന്നിവ ആവശ്യമാണ്. മൂന്ന് താപനില പോയിന്റുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് സമവാക്യ ഗുണകങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് എന്നതിനാൽ, ഫലമായുണ്ടാകുന്ന സമവാക്യം രേഖീയവൽക്കരണം (സാധാരണയായി 0.02 °C) വഴി അവതരിപ്പിക്കുന്ന പിശക് കുറയ്ക്കുന്നു.
A, B, C എന്നിവ മൂന്ന് താപനില സെറ്റ് പോയിന്റുകളിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞ സ്ഥിരാങ്കങ്ങളാണ്. R = ഓമുകളിൽ തെർമിസ്റ്റർ പ്രതിരോധം T = K ഡിഗ്രികളിൽ താപനില
ചിത്രം 3-ൽ സെൻസറിന്റെ കറന്റ് എക്‌സൈറ്റേഷൻ കാണിക്കുന്നു. തെർമിസ്റ്ററിലേക്ക് ഡ്രൈവ് കറന്റ് പ്രയോഗിക്കുകയും പ്രിസിഷൻ റെസിസ്റ്ററിലേക്ക് അതേ കറന്റ് പ്രയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു; അളക്കലിനായി ഒരു റഫറൻസായി ഒരു പ്രിസിഷൻ റെസിസ്റ്റർ ഉപയോഗിക്കുന്നു. റഫറൻസ് റെസിസ്റ്ററിന്റെ മൂല്യം തെർമിസ്റ്റർ റെസിസ്റ്റൻസിന്റെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന മൂല്യത്തേക്കാൾ കൂടുതലോ തുല്യമോ ആയിരിക്കണം (സിസ്റ്റത്തിൽ അളക്കുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനിലയെ ആശ്രയിച്ച്).
എക്‌സൈറ്റേഷൻ കറന്റ് തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ, തെർമിസ്റ്ററിന്റെ പരമാവധി പ്രതിരോധം വീണ്ടും കണക്കിലെടുക്കണം. സെൻസറിലുടനീളമുള്ള വോൾട്ടേജും റഫറൻസ് റെസിസ്റ്ററും എല്ലായ്പ്പോഴും ഇലക്ട്രോണിക്സിന് സ്വീകാര്യമായ തലത്തിലാണെന്ന് ഇത് ഉറപ്പാക്കുന്നു. ഫീൽഡ് കറന്റ് സ്രോതസ്സിന് കുറച്ച് ഹെഡ്‌റൂം അല്ലെങ്കിൽ ഔട്ട്‌പുട്ട് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ ആവശ്യമാണ്. അളക്കാവുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ തെർമിസ്റ്ററിന് ഉയർന്ന പ്രതിരോധമുണ്ടെങ്കിൽ, ഇത് വളരെ കുറഞ്ഞ ഡ്രൈവ് കറന്റിലേക്ക് നയിക്കും. അതിനാൽ, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ തെർമിസ്റ്ററിലുടനീളം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന വോൾട്ടേജ് ചെറുതാണ്. ഈ താഴ്ന്ന ലെവൽ സിഗ്നലുകളുടെ അളവ് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാവുന്ന ഗെയിൻ ഘട്ടങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, തെർമിസ്റ്ററിൽ നിന്നുള്ള സിഗ്നൽ ലെവൽ താപനിലയനുസരിച്ച് വളരെയധികം വ്യത്യാസപ്പെടുന്നതിനാൽ ഗെയിൻ ഡൈനാമിക് ആയി പ്രോഗ്രാം ചെയ്യണം.
മറ്റൊരു ഓപ്ഷൻ ഗെയിൻ സജ്ജീകരിക്കുക എന്നാൽ ഡൈനാമിക് ഡ്രൈവ് കറന്റ് ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്. അതിനാൽ, തെർമിസ്റ്ററിൽ നിന്നുള്ള സിഗ്നൽ ലെവൽ മാറുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഡ്രൈവ് കറന്റ് മൂല്യം ഡൈനാമിക് ആയി മാറുന്നു, അങ്ങനെ തെർമിസ്റ്ററിലുടനീളം വികസിപ്പിച്ച വോൾട്ടേജ് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണത്തിന്റെ നിർദ്ദിഷ്ട ഇൻപുട്ട് പരിധിക്കുള്ളിലായിരിക്കും. റഫറൻസ് റെസിസ്റ്ററിലുടനീളം വികസിപ്പിച്ച വോൾട്ടേജ് ഇലക്ട്രോണിക്സിന് സ്വീകാര്യമായ തലത്തിലാണെന്ന് ഉപയോക്താവ് ഉറപ്പാക്കണം. രണ്ട് ഓപ്ഷനുകൾക്കും ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള നിയന്ത്രണം ആവശ്യമാണ്, തെർമിസ്റ്ററിലുടനീളം വോൾട്ടേജിന്റെ നിരന്തരമായ നിരീക്ഷണം, അതുവഴി ഇലക്ട്രോണിക്സിന് സിഗ്നൽ അളക്കാൻ കഴിയും. എളുപ്പമുള്ള ഒരു ഓപ്ഷൻ ഉണ്ടോ? വോൾട്ടേജ് എക്‌സൈറ്റേഷൻ പരിഗണിക്കുക.
തെർമിസ്റ്ററിൽ ഡിസി വോൾട്ടേജ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, തെർമിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധം മാറുന്നതിനനുസരിച്ച് തെർമിസ്റ്ററിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതധാര യാന്ത്രികമായി സ്കെയിൽ ചെയ്യുന്നു. ഇപ്പോൾ, ഒരു റഫറൻസ് റെസിസ്റ്ററിന് പകരം ഒരു പ്രിസിഷൻ മെഷറിംഗ് റെസിസ്റ്റർ ഉപയോഗിച്ച്, തെർമിസ്റ്ററിലൂടെ ഒഴുകുന്ന വൈദ്യുതധാര കണക്കാക്കുക എന്നതാണ് ഇതിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം, അതുവഴി തെർമിസ്റ്റർ പ്രതിരോധം കണക്കാക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഡ്രൈവ് വോൾട്ടേജ് ADC റഫറൻസ് സിഗ്നലായും ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ, ഗെയിൻ ഘട്ടം ആവശ്യമില്ല. തെർമിസ്റ്റർ വോൾട്ടേജ് നിരീക്ഷിക്കുക, ഇലക്ട്രോണിക്സ് ഉപയോഗിച്ച് സിഗ്നൽ ലെവൽ അളക്കാൻ കഴിയുമോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കുക, ഡ്രൈവ് ഗെയിൻ/കറന്റ് മൂല്യം ക്രമീകരിക്കണമെന്ന് കണക്കാക്കുക തുടങ്ങിയ ജോലികൾ പ്രോസസ്സറിന് ഇല്ല. ഈ ലേഖനത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതിയാണിത്.
തെർമിസ്റ്ററിന് ചെറിയ റെസിസ്റ്റൻസ് റേറ്റിംഗും റെസിസ്റ്റൻസ് ശ്രേണിയും ഉണ്ടെങ്കിൽ, വോൾട്ടേജ് അല്ലെങ്കിൽ കറന്റ് എക്‌സൈറ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കാം. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഡ്രൈവ് കറന്റും ഗെയ്നും ശരിയാക്കാം. അങ്ങനെ, സർക്യൂട്ട് ചിത്രം 3-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെയായിരിക്കും. സെൻസറിലൂടെയും റഫറൻസ് റെസിസ്റ്ററിലൂടെയും കറന്റ് നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ഈ രീതി സൗകര്യപ്രദമാണ്, കുറഞ്ഞ പവർ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് വിലപ്പെട്ടതാണ്. കൂടാതെ, തെർമിസ്റ്ററിന്റെ സ്വയം ചൂടാക്കൽ കുറയ്ക്കുന്നു.
കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധ റേറ്റിംഗുകളുള്ള തെർമിസ്റ്ററുകളിലും വോൾട്ടേജ് എക്‌സൈറ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, സെൻസറിനോ ആപ്ലിക്കേഷനോ വേണ്ടി സെൻസറിലൂടെയുള്ള കറന്റ് വളരെ ഉയർന്നതല്ലെന്ന് ഉപയോക്താവ് എപ്പോഴും ഉറപ്പാക്കണം.
വലിയ റെസിസ്റ്റൻസ് റേറ്റിംഗും വിശാലമായ താപനില ശ്രേണിയുമുള്ള ഒരു തെർമിസ്റ്റർ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ വോൾട്ടേജ് എക്‌സൈറ്റേഷൻ നടപ്പിലാക്കൽ ലളിതമാക്കുന്നു. വലിയ നാമമാത്ര പ്രതിരോധം സ്വീകാര്യമായ റേറ്റുചെയ്ത കറന്റ് നൽകുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആപ്ലിക്കേഷൻ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന മുഴുവൻ താപനില ശ്രേണിയിലും കറന്റ് സ്വീകാര്യമായ തലത്തിലാണെന്ന് ഡിസൈനർമാർ ഉറപ്പാക്കേണ്ടതുണ്ട്.
ഒരു തെർമിസ്റ്റർ അളക്കൽ സംവിധാനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ സിഗ്മ-ഡെൽറ്റ ADC-കൾ നിരവധി ഗുണങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. ഒന്നാമതായി, സിഗ്മ-ഡെൽറ്റ ADC അനലോഗ് ഇൻപുട്ടിനെ വീണ്ടും സാമ്പിൾ ചെയ്യുന്നതിനാൽ, ബാഹ്യ ഫിൽട്ടറിംഗ് ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ അളവിൽ നിലനിർത്തുന്നു, കൂടാതെ ഒരേയൊരു ആവശ്യകത ലളിതമായ ഒരു RC ഫിൽട്ടർ മാത്രമാണ്. ഫിൽട്ടർ തരത്തിലും ഔട്ട്‌പുട്ട് ബോഡ് നിരക്കിലും അവ വഴക്കം നൽകുന്നു. മെയിൻ പവർ ഉപകരണങ്ങളിലെ ഏതൊരു ഇടപെടലിനെയും അടിച്ചമർത്താൻ ബിൽറ്റ്-ഇൻ ഡിജിറ്റൽ ഫിൽട്ടറിംഗ് ഉപയോഗിക്കാം. AD7124-4/AD7124-8 പോലുള്ള 24-ബിറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾക്ക് 21.7 ബിറ്റുകൾ വരെ പൂർണ്ണ റെസല്യൂഷൻ ഉണ്ട്, അതിനാൽ അവ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ നൽകുന്നു.
സിഗ്മ-ഡെൽറ്റ ADC യുടെ ഉപയോഗം തെർമിസ്റ്റർ രൂപകൽപ്പനയെ വളരെയധികം ലളിതമാക്കുന്നു, അതേസമയം സ്പെസിഫിക്കേഷൻ, സിസ്റ്റം ചെലവ്, ബോർഡ് സ്ഥലം, മാർക്കറ്റിലേക്കുള്ള സമയം എന്നിവ കുറയ്ക്കുന്നു.
ഈ ലേഖനം ADC ആയി AD7124-4/AD7124-8 ഉപയോഗിക്കുന്നു, കാരണം അവ ബിൽറ്റ്-ഇൻ PGA ഉള്ള കുറഞ്ഞ ശബ്‌ദം, കുറഞ്ഞ കറന്റ്, കൃത്യതയുള്ള ADC-കൾ, ബിൽറ്റ്-ഇൻ റഫറൻസ്, അനലോഗ് ഇൻപുട്ട്, റഫറൻസ് ബഫർ എന്നിവയാണ്.
ഡ്രൈവ് കറന്റാണോ ഡ്രൈവ് വോൾട്ടേജാണോ ഉപയോഗിക്കുന്നത് എന്നത് പരിഗണിക്കാതെ തന്നെ, റഫറൻസ് വോൾട്ടേജും സെൻസർ വോൾട്ടേജും ഒരേ ഡ്രൈവ് ഉറവിടത്തിൽ നിന്ന് വരുന്ന ഒരു റേഷ്യോമെട്രിക് കോൺഫിഗറേഷൻ ശുപാർശ ചെയ്യുന്നു. എക്‌സൈറ്റേഷൻ ഉറവിടത്തിലെ ഏത് മാറ്റവും അളവിന്റെ കൃത്യതയെ ബാധിക്കില്ല എന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം.
ചിത്രം 5-ൽ തെർമിസ്റ്ററിനും പ്രിസിഷൻ റെസിസ്റ്ററിനും വേണ്ടിയുള്ള സ്ഥിരമായ ഡ്രൈവ് കറന്റ് കാണിക്കുന്നു, RREF-ൽ ഉടനീളം വികസിപ്പിച്ച വോൾട്ടേജ് തെർമിസ്റ്റർ അളക്കുന്നതിനുള്ള റഫറൻസ് വോൾട്ടേജാണ്.
ഫീൽഡ് കറന്റ് കൃത്യമായിരിക്കണമെന്നില്ല, കൂടാതെ ഈ കോൺഫിഗറേഷനിൽ ഫീൽഡ് കറന്റിലെ ഏതെങ്കിലും പിശകുകൾ ഇല്ലാതാക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ സ്ഥിരത കുറവായിരിക്കാം. സാധാരണയായി, സെൻസർ വിദൂര സ്ഥലങ്ങളിൽ സ്ഥാപിക്കുമ്പോൾ മികച്ച സെൻസിറ്റിവിറ്റി നിയന്ത്രണവും മികച്ച ശബ്ദ പ്രതിരോധശേഷിയും ഉള്ളതിനാൽ വോൾട്ടേജ് എക്‌സിറ്റേഷനെക്കാൾ കറന്റ് എക്‌സിറ്റേഷനാണ് ഇഷ്ടപ്പെടുന്നത്. കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധ മൂല്യങ്ങളുള്ള ആർ‌ടി‌ഡികൾക്കോ തെർമിസ്റ്ററുകൾക്കോ ഈ തരത്തിലുള്ള ബയസ് രീതി സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന പ്രതിരോധ മൂല്യവും ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയുമുള്ള ഒരു തെർമിസ്റ്ററിന്, ഓരോ താപനില മാറ്റവും സൃഷ്ടിക്കുന്ന സിഗ്നൽ ലെവൽ വലുതായിരിക്കും, അതിനാൽ വോൾട്ടേജ് എക്‌സിറ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 10 kΩ തെർമിസ്റ്ററിന് 25°C-ൽ 10 kΩ പ്രതിരോധമുണ്ട്. -50°C-ൽ, NTC തെർമിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധം 441.117 kΩ ആണ്. AD7124-4/AD7124-8 നൽകുന്ന ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഡ്രൈവ് കറന്റ് 50 µA ആണ്, ഇത് 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് വളരെ ഉയർന്നതും ഈ ആപ്ലിക്കേഷൻ ഏരിയയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക ലഭ്യമായ ADC-കളുടെയും പ്രവർത്തന പരിധിക്ക് പുറത്തുമാണ്. തെർമിസ്റ്ററുകളും സാധാരണയായി കണക്റ്റുചെയ്‌തിരിക്കും അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണിക്സിനടുത്താണ് സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്, അതിനാൽ ഡ്രൈവ് കറന്റിനുള്ള പ്രതിരോധശേഷി ആവശ്യമില്ല.
ഒരു വോൾട്ടേജ് ഡിവൈഡർ സർക്യൂട്ടായി ശ്രേണിയിൽ ഒരു സെൻസ് റെസിസ്റ്റർ ചേർക്കുന്നത് തെർമിസ്റ്ററിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതധാരയെ അതിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധ മൂല്യത്തിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തും. ഈ കോൺഫിഗറേഷനിൽ, സെൻസ് റെസിസ്റ്റർ RSENSE യുടെ മൂല്യം 25°C റഫറൻസ് താപനിലയിൽ തെർമിസ്റ്റർ പ്രതിരോധത്തിന്റെ മൂല്യത്തിന് തുല്യമായിരിക്കണം, അങ്ങനെ ഔട്ട്‌പുട്ട് വോൾട്ടേജ് അതിന്റെ നാമമാത്ര താപനിലയായ 25°CC യിൽ റഫറൻസ് വോൾട്ടേജിന്റെ മധ്യബിന്ദുവിന് തുല്യമായിരിക്കും. അതുപോലെ, 25°C യിൽ 10 kΩ പ്രതിരോധമുള്ള ഒരു 10 kΩ തെർമിസ്റ്റർ ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, RSENSE 10 kΩ ആയിരിക്കണം. താപനില മാറുന്നതിനനുസരിച്ച്, NTC തെർമിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധവും മാറുന്നു, കൂടാതെ തെർമിസ്റ്ററിലുടനീളമുള്ള ഡ്രൈവ് വോൾട്ടേജിന്റെ അനുപാതവും മാറുന്നു, അതിന്റെ ഫലമായി ഔട്ട്‌പുട്ട് വോൾട്ടേജ് NTC തെർമിസ്റ്ററിന്റെ പ്രതിരോധത്തിന് ആനുപാതികമായിരിക്കും.
തെർമിസ്റ്ററിനും/അല്ലെങ്കിൽ RSENSE നും പവർ നൽകാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന തിരഞ്ഞെടുത്ത വോൾട്ടേജ് റഫറൻസ് അളക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ADC റഫറൻസ് വോൾട്ടേജുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നുവെങ്കിൽ, സിസ്റ്റം റേഷ്യോമെട്രിക് മെഷർമെന്റിലേക്ക് സജ്ജമാക്കിയിരിക്കുന്നു (ചിത്രം 7), അങ്ങനെ ഏതെങ്കിലും ഉത്തേജനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പിശക് വോൾട്ടേജ് ഉറവിടം നീക്കം ചെയ്യാൻ ബയസ് ചെയ്യപ്പെടും.
സെൻസ് റെസിസ്റ്റർ (വോൾട്ടേജ് ഡ്രൈവ്ഡ്) അല്ലെങ്കിൽ റഫറൻസ് റെസിസ്റ്റർ (കറന്റ് ഡ്രൈവ്ഡ്) എന്നിവയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ പ്രാരംഭ ടോളറൻസും കുറഞ്ഞ ഡ്രിഫ്റ്റും ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക, കാരണം രണ്ട് വേരിയബിളുകളും മുഴുവൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെയും കൃത്യതയെ ബാധിച്ചേക്കാം.
ഒന്നിലധികം തെർമിസ്റ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഒരു എക്‌സൈറ്റേഷൻ വോൾട്ടേജ് ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഓരോ തെർമിസ്റ്ററിനും അതിന്റേതായ പ്രിസിഷൻ സെൻസ് റെസിസ്റ്റർ ഉണ്ടായിരിക്കണം. മറ്റൊരു ഓപ്ഷൻ ഓൺ സ്റ്റേറ്റിൽ ഒരു എക്‌സ്‌റ്റേണൽ മൾട്ടിപ്ലക്‌സർ അല്ലെങ്കിൽ ലോ-റെസിസ്റ്റൻസ് സ്വിച്ച് ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്, ഇത് ഒരു പ്രിസിഷൻ സെൻസ് റെസിസ്റ്റർ പങ്കിടാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ കോൺഫിഗറേഷൻ ഉപയോഗിച്ച്, ഓരോ തെർമിസ്റ്ററിനും അളക്കുമ്പോൾ കുറച്ച് സെറ്റിംഗ് സമയം ആവശ്യമാണ്.
ചുരുക്കത്തിൽ, ഒരു തെർമിസ്റ്റർ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപനില അളക്കൽ സംവിധാനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ, പരിഗണിക്കേണ്ട നിരവധി ചോദ്യങ്ങളുണ്ട്: സെൻസർ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ, സെൻസർ വയറിംഗ്, ഘടക തിരഞ്ഞെടുപ്പിന്റെ ട്രേഡ്-ഓഫുകൾ, ADC കോൺഫിഗറേഷൻ, കൂടാതെ ഈ വിവിധ വേരിയബിളുകൾ സിസ്റ്റത്തിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള കൃത്യതയെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നു. നിങ്ങളുടെ ലക്ഷ്യ പ്രകടനം കൈവരിക്കുന്നതിന് നിങ്ങളുടെ സിസ്റ്റം രൂപകൽപ്പനയും മൊത്തത്തിലുള്ള സിസ്റ്റം പിശക് ബജറ്റും എങ്ങനെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാമെന്ന് ഈ പരമ്പരയിലെ അടുത്ത ലേഖനം വിശദീകരിക്കുന്നു.