การเพิ่มประสิทธิภาพระบบการวัดอุณหภูมิตามเทอร์มิสเตอร์: ความท้าทาย

นี่เป็นบทความแรกในซีรี่ส์สองส่วน บทความนี้จะหารือเกี่ยวกับประวัติศาสตร์และความท้าทายด้านการออกแบบของอุณหภูมิอุณหภูมิเทอร์มิสเตอร์ระบบการวัดเช่นเดียวกับการเปรียบเทียบกับระบบวัดอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) นอกจากนี้ยังจะอธิบายถึงทางเลือกของเทอร์มิสเตอร์การแลกเปลี่ยนการกำหนดค่าและความสำคัญของตัวแปลงอะนาล็อกเป็นดิจิตอล Sigma-Delta (ADCs) ในพื้นที่แอปพลิเคชันนี้ บทความที่สองจะให้รายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพและประเมินระบบการวัดที่ใช้เทอร์มิสเตอร์ขั้นสุดท้าย
ตามที่อธิบายไว้ในชุดบทความก่อนหน้าการปรับระบบเซ็นเซอร์อุณหภูมิ RTD ให้เหมาะสม RTD เป็นตัวต้านทานที่มีความต้านทานแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์ทำงานคล้ายกับ RTDS ซึ่งแตกต่างจาก RTD ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกเพียงเทอร์มิสเตอร์สามารถมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกหรือลบ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ (NTC) เทอร์มิสเตอร์ลดความต้านทานของพวกเขาเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นในขณะที่เทอร์มิสเตอร์อุณหภูมิ (PTC) เพิ่มความต้านทานเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในรูปที่ 1 แสดงลักษณะการตอบสนองของเทอร์มิสเตอร์ NTC และ PTC ทั่วไปและเปรียบเทียบกับเส้นโค้ง RTD
ในแง่ของช่วงอุณหภูมิเส้นโค้ง RTD เกือบจะเป็นเส้นตรงและเซ็นเซอร์ครอบคลุมช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่าเทอร์มิสเตอร์ (โดยทั่วไป -200 ° C ถึง +850 ° C) เนื่องจากธรรมชาติที่ไม่เป็นเชิงเส้น RTD มักจะมีให้ในเส้นโค้งมาตรฐานที่รู้จักกันดีในขณะที่เส้นโค้งเทอร์มิสเตอร์แตกต่างกันไปตามผู้ผลิต เราจะหารือเกี่ยวกับรายละเอียดในส่วนคู่มือการเลือกเทอร์มิสเตอร์ของบทความนี้
เทอร์มิสเตอร์ทำจากวัสดุคอมโพสิตมักจะเซรามิกโพลีเมอร์หรือเซมิคอนดักเตอร์ (โดยปกติแล้วออกไซด์โลหะ) และโลหะบริสุทธิ์ (แพลตตินัมนิกเกิลหรือทองแดง) เทอร์มิสเตอร์สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้เร็วกว่า RTD ให้ข้อเสนอแนะที่เร็วขึ้น ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์จึงถูกใช้โดยเซ็นเซอร์ในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้ต้นทุนต่ำขนาดเล็กการตอบสนองที่เร็วขึ้นความไวที่สูงขึ้นและช่วงอุณหภูมิที่ จำกัด เช่นการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์การควบคุมบ้านและอาคารห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์หรือการชดเชยทางแยกเย็น วัตถุประสงค์ แอปพลิเคชัน
ในกรณีส่วนใหญ่เทอร์มิสเตอร์ NTC ใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำไม่ใช่เทอร์มิสเตอร์ PTC เทอร์มิสเตอร์ PTC บางแห่งมีให้บริการที่สามารถใช้ในวงจรการป้องกันกระแสเกินหรือเป็นฟิวส์ที่ตั้งใหม่ได้สำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัย เส้นโค้งความต้านทานอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ PTC แสดงพื้นที่ NTC ขนาดเล็กมากก่อนถึงจุดสวิตช์ (หรือจุดคูรี) ด้านบนซึ่งความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยคำสั่งซื้อหลายระดับในช่วงหลายองศาเซลเซียส ภายใต้สภาวะกระแสไฟฟ้าเกินกว่าเทอร์มิสเตอร์ PTC จะสร้างความร้อนสูงเมื่ออุณหภูมิการสลับเกินและความต้านทานของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งจะลดกระแสอินพุตเข้าสู่ระบบซึ่งจะป้องกันความเสียหาย จุดเปลี่ยนของเทอร์มิสเตอร์ PTC มักจะอยู่ระหว่าง 60 ° C และ 120 ° C และไม่เหมาะสำหรับการควบคุมการวัดอุณหภูมิในการใช้งานที่หลากหลาย บทความนี้มุ่งเน้นไปที่เทอร์มิสเตอร์ NTC ซึ่งโดยทั่วไปสามารถวัดหรือตรวจสอบอุณหภูมิตั้งแต่ -80 ° C ถึง +150 ° C เทอร์มิสเตอร์ NTC มีการจัดอันดับความต้านทานตั้งแต่ไม่กี่โอห์มถึง 10 MΩที่ 25 ° C ดังแสดงในรูปที่ 1 การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานต่อองศาเซลเซียสสำหรับเทอร์มิสเตอร์นั้นเด่นชัดกว่าเครื่องวัดความต้านทาน เมื่อเทียบกับเทอร์มิสเตอร์ความไวสูงของเทอร์มิสเตอร์และค่าความต้านทานสูงทำให้วงจรอินพุตง่ายขึ้นเนื่องจากเทอร์มิสเตอร์ไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าการเดินสายพิเศษเช่น 3 สายหรือ 4 สายเพื่อชดเชยการต่อต้านตะกั่ว การออกแบบเทอร์มิสเตอร์ใช้การกำหนดค่า 2 สายอย่างง่ายเท่านั้น
การวัดอุณหภูมิอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูงต้องใช้การประมวลผลสัญญาณที่แม่นยำการแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลการทำให้เป็นเส้นตรงและการชดเชยดังแสดงในรูปที่ 2.
แม้ว่าห่วงโซ่สัญญาณอาจดูง่าย แต่มีความซับซ้อนหลายอย่างที่มีผลต่อขนาดต้นทุนและประสิทธิภาพของเมนบอร์ดทั้งหมด ADC Precision ADC ของ ADI รวมถึงโซลูชันแบบบูรณาการหลายอย่างเช่น AD7124-4/AD7124-8 ซึ่งให้ข้อได้เปรียบมากมายสำหรับการออกแบบระบบความร้อนเป็นส่วนใหญ่ของหน่วยการสร้างที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชัน อย่างไรก็ตามมีความท้าทายต่าง ๆ ในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพการแก้ปัญหาการวัดอุณหภูมิตามอุณหภูมิ
บทความนี้กล่าวถึงแต่ละประเด็นเหล่านี้และให้คำแนะนำสำหรับการแก้ปัญหาและทำให้กระบวนการออกแบบง่ายขึ้นสำหรับระบบดังกล่าว
มีความหลากหลายเทอร์มิสเตอร์ NTCในตลาดวันนี้ดังนั้นการเลือกเทอร์มิสเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณอาจเป็นงานที่น่ากลัว โปรดทราบว่าเทอร์มิสเตอร์ถูกระบุด้วยค่าเล็กน้อยซึ่งเป็นความต้านทานเล็กน้อยที่ 25 ° C ดังนั้นเทอร์มิสเตอร์ 10 kΩจึงมีความต้านทานเล็กน้อยที่ 10 kΩที่ 25 ° C เทอร์มิสเตอร์มีค่าความต้านทานเล็กน้อยหรือพื้นฐานตั้งแต่ไม่กี่โอห์มถึง 10 MΩ เทอร์มิสเตอร์ที่มีการจัดอันดับความต้านทานต่ำ (ความต้านทานเล็กน้อย 10 kΩหรือน้อยกว่า) มักจะรองรับช่วงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าเช่น -50 ° C ถึง +70 ° C เทอร์มิสเตอร์ที่มีอันดับความต้านทานสูงสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 300 ° C
องค์ประกอบเทอร์มิสเตอร์ทำจากโลหะออกไซด์ เทอร์มิสเตอร์มีอยู่ในรูปทรงรัศมีและ SMD ลูกปัดเทอร์มิสเตอร์เป็นอีพ็อกซี่เคลือบหรือห่อหุ้มแก้วเพื่อการป้องกันเพิ่มเติม เทอร์มิสเตอร์บอลที่เคลือบด้วยอีพ็อกซี่, เทอร์มิสเตอร์รัศมีและพื้นผิวมีความเหมาะสมสำหรับอุณหภูมิสูงถึง 150 ° C เทอร์มิสเตอร์ลูกปัดแก้วเหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิสูง การเคลือบ/บรรจุภัณฑ์ทุกประเภทยังป้องกันการกัดกร่อน เทอร์มิสเตอร์บางตัวจะมีตัวเรือนเพิ่มเติมสำหรับการป้องกันเพิ่มเติมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เทอร์มิสเตอร์ลูกปัดมีเวลาตอบสนองที่เร็วกว่าเทอร์มิสเตอร์รัศมี/SMD อย่างไรก็ตามพวกเขาไม่ทนทาน ดังนั้นประเภทของเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันสิ้นสุดและสภาพแวดล้อมที่เทอร์มิสเตอร์ตั้งอยู่ ความเสถียรในระยะยาวของเทอร์มิสเตอร์ขึ้นอยู่กับวัสดุบรรจุภัณฑ์และการออกแบบ ตัวอย่างเช่นเทอร์มิสเตอร์ NTC ที่เคลือบด้วยอีพ็อกซี่สามารถเปลี่ยนได้ 0.2 ° C ต่อปีในขณะที่เทอร์มิสเตอร์ปิดผนึกจะเปลี่ยนเพียง 0.02 ° C ต่อปี
เทอร์มิสเตอร์มีความแม่นยำแตกต่างกัน เทอร์มิสเตอร์มาตรฐานมักจะมีความแม่นยำ 0.5 ° C ถึง 1.5 ° C คะแนนความต้านทานเทอร์มิสเตอร์และค่าเบต้า (อัตราส่วน 25 ° C ถึง 50 ° C/85 ° C) มีความอดทน โปรดทราบว่าค่าเบต้าของเทอร์มิสเตอร์แตกต่างกันไปตามผู้ผลิต ตัวอย่างเช่นเทอร์มิสเตอร์ 10 kΩ NTC จากผู้ผลิตที่แตกต่างกันจะมีค่าเบต้าที่แตกต่างกัน สำหรับระบบที่แม่นยำยิ่งขึ้นเทอร์มิสเตอร์เช่นซีรีย์โอเมก้า 44xxx สามารถใช้งานได้ พวกเขามีความแม่นยำ 0.1 ° C หรือ 0.2 ° C ในช่วงอุณหภูมิ 0 ° C ถึง 70 ° C ดังนั้นช่วงของอุณหภูมิที่สามารถวัดได้และความแม่นยำที่จำเป็นในช่วงอุณหภูมินั้นจะกำหนดว่าเทอร์มิสเตอร์เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันนี้หรือไม่ โปรดทราบว่าความแม่นยำของซีรี่ส์โอเมก้า 44xxx ที่สูงขึ้นจะมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้น
ในการแปลงความต้านทานเป็นองศาเซลเซียสมักจะใช้ค่าเบต้า ค่าเบต้าถูกกำหนดโดยการรู้จุดอุณหภูมิทั้งสองและความต้านทานที่สอดคล้องกันในแต่ละจุดอุณหภูมิ
RT1 = ความต้านทานอุณหภูมิ 1 RT2 = ความต้านทานอุณหภูมิ 2 T1 = อุณหภูมิ 1 (k) T2 = อุณหภูมิ 2 (K)
ผู้ใช้ใช้ค่าเบต้าใกล้กับช่วงอุณหภูมิที่ใช้ในโครงการ แผ่นข้อมูลเทอร์มิสเตอร์ส่วนใหญ่แสดงค่าค่าเบต้าพร้อมกับความทนทานต่อความต้านทานที่ 25 ° C และความทนทานต่อค่าเบต้า
เทอร์มิสเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงกว่าและโซลูชันการเลิกจ้างที่มีความแม่นยำสูงเช่นซีรีย์โอเมก้า 44xxx ใช้สมการ Steinhart-Hart เพื่อแปลงความต้านทานเป็นองศาเซลเซียส สมการที่ 2 ต้องการค่าคงที่สามค่า A, B และ C ซึ่งจัดทำโดยผู้ผลิตเซ็นเซอร์อีกครั้ง เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์สมการถูกสร้างขึ้นโดยใช้จุดอุณหภูมิสามจุดสมการที่ได้จะลดข้อผิดพลาดที่แนะนำโดยการทำให้เป็นเส้นตรง (โดยทั่วไปคือ 0.02 ° C)
A, B และ C เป็นค่าคงที่ที่ได้จากจุดตั้งอุณหภูมิสามจุด r = ความต้านทานเทอร์มิสเตอร์ในโอห์ม t = อุณหภูมิในองศา k
ในรูปที่ 3 แสดงการกระตุ้นในปัจจุบันของเซ็นเซอร์ กระแสไฟถูกนำไปใช้กับเทอร์มิสเตอร์และกระแสเดียวกันจะถูกนำไปใช้กับตัวต้านทานความแม่นยำ ตัวต้านทานความแม่นยำใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวัด ค่าของตัวต้านทานอ้างอิงจะต้องมากกว่าหรือเท่ากับค่าสูงสุดของความต้านทานต่อเทอร์มิสเตอร์ (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิต่ำสุดที่วัดในระบบ)
เมื่อเลือกกระแสการกระตุ้นความต้านทานสูงสุดของเทอร์มิสเตอร์จะต้องนำมาพิจารณาอีกครั้ง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าข้ามเซ็นเซอร์และตัวต้านทานอ้างอิงอยู่ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แหล่งที่มาของฟิลด์ปัจจุบันต้องการการจับคู่ส่วนหัวหรือการจับคู่ หากเทอร์มิสเตอร์มีความต้านทานสูงที่อุณหภูมิต่ำสุดที่วัดได้สิ่งนี้จะส่งผลให้เกิดกระแสไฟต่ำมาก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นทั่วเทอร์มิสเตอร์ที่อุณหภูมิสูงจึงมีขนาดเล็ก ขั้นตอนการได้รับที่ตั้งโปรแกรมได้สามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการวัดสัญญาณระดับต่ำเหล่านี้ อย่างไรก็ตามการได้รับจะต้องตั้งโปรแกรมแบบไดนามิกเนื่องจากระดับสัญญาณจากเทอร์มิสเตอร์แตกต่างกันอย่างมากกับอุณหภูมิ
อีกทางเลือกหนึ่งคือการตั้งค่าอัตราขยาย แต่ใช้ Dynamic Drive ปัจจุบัน ดังนั้นเมื่อระดับสัญญาณจากการเปลี่ยนแปลงของเทอร์มิสเตอร์การเปลี่ยนแปลงค่าปัจจุบันไดรฟ์จะเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นทั่วเทอร์มิสเตอร์อยู่ในช่วงอินพุตที่ระบุของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผู้ใช้จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นทั่วตัวต้านทานอ้างอิงนั้นอยู่ในระดับที่ยอมรับได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวเลือกทั้งสองต้องการการควบคุมระดับสูงการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องทั่วเทอร์มิสเตอร์เพื่อให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถวัดสัญญาณได้ มีตัวเลือกที่ง่ายกว่านี้หรือไม่? พิจารณาการกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้า
เมื่อแรงดันไฟฟ้า DC ถูกนำไปใช้กับเทอร์มิสเตอร์กระแสผ่านเทอร์มิสเตอร์จะปรับขนาดโดยอัตโนมัติเมื่อความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์เปลี่ยนแปลง ตอนนี้การใช้ตัวต้านทานการวัดความแม่นยำแทนตัวต้านทานอ้างอิงวัตถุประสงค์ของมันคือการคำนวณกระแสที่ไหลผ่านเทอร์มิสเตอร์ดังนั้นจึงช่วยให้ความต้านทานเทอร์มิสเตอร์คำนวณได้ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ยังใช้เป็นสัญญาณอ้างอิง ADC จึงไม่จำเป็นต้องมีระยะการเพิ่มขึ้น โปรเซสเซอร์ไม่มีหน้าที่ในการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าเทอร์มิสเตอร์โดยพิจารณาว่าระดับสัญญาณสามารถวัดได้โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และคำนวณว่าต้องปรับค่าไดรฟ์/ค่าปัจจุบันใด นี่คือวิธีที่ใช้ในบทความนี้
หากเทอร์มิสเตอร์มีคะแนนความต้านทานเล็กน้อยและช่วงความต้านทานแรงดันไฟฟ้าหรือการกระตุ้นในปัจจุบัน ในกรณีนี้กระแสไดรฟ์และอัตราขยายสามารถแก้ไขได้ ดังนั้นวงจรจะดังแสดงในรูปที่ 3 วิธีนี้สะดวกในการที่จะควบคุมกระแสผ่านเซ็นเซอร์และตัวต้านทานอ้างอิงซึ่งมีค่าในการใช้งานพลังงานต่ำ นอกจากนี้การให้ความร้อนด้วยตนเองของเทอร์มิสเตอร์ลดลง
การกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้ายังสามารถใช้สำหรับเทอร์มิสเตอร์ที่มีการจัดอันดับความต้านทานต่ำ อย่างไรก็ตามผู้ใช้จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสผ่านเซ็นเซอร์ไม่สูงเกินไปสำหรับเซ็นเซอร์หรือแอปพลิเคชัน
การกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าทำให้การใช้งานง่ายขึ้นเมื่อใช้เทอร์มิสเตอร์ที่มีระดับความต้านทานขนาดใหญ่และช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ความต้านทานที่มีขนาดใหญ่ขึ้นให้ระดับกระแสไฟฟ้าที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตามนักออกแบบจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ในช่วงอุณหภูมิทั้งหมดที่รองรับโดยแอปพลิเคชัน
Sigma-Delta ADCS เสนอข้อได้เปรียบหลายประการเมื่อออกแบบระบบวัดเทอร์มิสเตอร์ ครั้งแรกเนื่องจาก Sigma-Delta ADC Resamples อินพุตอะนาล็อกการกรองภายนอกจะถูกเก็บไว้ให้น้อยที่สุดและข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวคือตัวกรอง RC อย่างง่าย พวกเขาให้ความยืดหยุ่นในประเภทตัวกรองและอัตราการส่งออก การกรองดิจิตอลในตัวสามารถใช้เพื่อยับยั้งการรบกวนใด ๆ ในอุปกรณ์ขับเคลื่อนไฟ อุปกรณ์ 24 บิตเช่น AD7124-4/AD7124-8 มีความละเอียดเต็มรูปแบบสูงสุด 21.7 บิตดังนั้นพวกเขาจึงให้ความละเอียดสูง
การใช้ Sigma-Delta ADC ทำให้การออกแบบเทอร์มิสเตอร์ง่ายขึ้นอย่างมากในขณะที่ลดสเปคต้นทุนระบบพื้นที่บอร์ดและเวลาในการตลาด
บทความนี้ใช้ AD7124-4/AD7124-8 เป็น ADC เนื่องจากมีเสียงรบกวนต่ำกระแสต่ำ ADC ที่มีความแม่นยำด้วย PGA ในตัว, การอ้างอิงในตัว, อินพุตแบบอะนาล็อกและบัฟเฟอร์อ้างอิง
ไม่ว่าคุณจะใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสไฟหรือไดรฟ์หรือไม่แนะนำให้กำหนดค่า ratiometric ซึ่งแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงและแรงดันเซ็นเซอร์มาจากแหล่งไดรฟ์เดียวกัน ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในแหล่งกระตุ้นจะไม่ส่งผลกระทบต่อความถูกต้องของการวัด
ในรูปที่ 5 แสดงกระแสไฟฟ้าคงที่สำหรับเทอร์มิสเตอร์และตัวต้านทานความแม่นยำ RREF แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นทั่ว RREF คือแรงดันอ้างอิงสำหรับการวัดเทอร์มิสเตอร์
กระแสฟิลด์ไม่จำเป็นต้องแม่นยำและอาจมีความเสถียรน้อยกว่าเนื่องจากข้อผิดพลาดใด ๆ ในกระแสฟิลด์จะถูกกำจัดในการกำหนดค่านี้ โดยทั่วไปแล้วการกระตุ้นในปัจจุบันเป็นที่ต้องการมากกว่าการกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการควบคุมความไวที่เหนือกว่าและภูมิคุ้มกันของเสียงที่ดีกว่าเมื่อเซ็นเซอร์อยู่ในตำแหน่งระยะไกล วิธีการอคติประเภทนี้มักใช้สำหรับ RTD หรือเทอร์มิสเตอร์ที่มีค่าความต้านทานต่ำ อย่างไรก็ตามสำหรับเทอร์มิสเตอร์ที่มีค่าความต้านทานที่สูงขึ้นและความไวที่สูงขึ้นระดับสัญญาณที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแต่ละครั้งจะมีขนาดใหญ่ขึ้นดังนั้นจึงใช้แรงดันไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นเทอร์มิสเตอร์ 10 kΩมีความต้านทาน 10 kΩที่ 25 ° C ที่ -50 ° C ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ NTC คือ 441.117 kΩ กระแสไฟฟ้าขั้นต่ำ 50 µA ที่จัดทำโดย AD7124-4/AD7124-8 สร้าง 441.117 kΩ× 50 µA = 22 V ซึ่งสูงเกินไปและนอกช่วงการทำงานของ ADCs ที่มีอยู่มากที่สุดที่ใช้ในพื้นที่แอปพลิเคชันนี้ เทอร์มิสเตอร์มักจะเชื่อมต่อหรืออยู่ใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีภูมิคุ้มกันในการขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้า
การเพิ่มตัวต้านทานความรู้สึกในซีรีส์เป็นวงจรตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจะ จำกัด กระแสผ่านเทอร์มิสเตอร์เป็นค่าความต้านทานต่ำสุด ในการกำหนดค่านี้ค่าของตัวต้านทานความรู้สึก rsense จะต้องเท่ากับค่าของความต้านทานความร้อนที่อุณหภูมิอ้างอิง 25 ° C เพื่อให้แรงดันเอาท์พุทจะเท่ากับจุดกึ่งกลางของแรงดันอ้างอิงที่อุณหภูมิเล็กน้อยที่ 25 °ซีซี เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ NTC ก็เปลี่ยนแปลงไปและอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ทั่วเทอร์มิสเตอร์ก็เปลี่ยนไปก็ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ NTC
หากการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่เลือกใช้เพื่อเพิ่มพลังงานเทอร์มิสเตอร์และ/หรือ RSENSE จะตรงกับแรงดันอ้างอิง ADC ที่ใช้สำหรับการวัดระบบจะถูกตั้งค่าเป็นการวัด ratiometric (รูปที่ 7) เพื่อให้แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นใด ๆ
โปรดทราบว่าทั้งตัวต้านทานความรู้สึก (แรงดันไฟฟ้าขับเคลื่อน) หรือตัวต้านทานอ้างอิง (ขับเคลื่อนปัจจุบัน) ควรมีความอดทนเริ่มต้นต่ำและดริฟท์ต่ำเนื่องจากตัวแปรทั้งสองสามารถส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของระบบทั้งหมด
เมื่อใช้เทอร์มิสเตอร์หลายตัวสามารถใช้แรงดันไฟฟ้าได้หนึ่งครั้ง อย่างไรก็ตามเทอร์มิสเตอร์แต่ละตัวจะต้องมีตัวต้านทานความรู้สึกที่แม่นยำของตัวเองดังแสดงในรูปที่ 8. ตัวเลือกอื่นคือการใช้สวิตช์มัลติเพล็กเซอร์ภายนอกหรือสวิตช์ความต้านทานต่ำในสถานะ ON ซึ่งช่วยให้การแชร์ตัวต้านทานความแม่นยำหนึ่งตัว ด้วยการกำหนดค่านี้เทอร์มิสเตอร์แต่ละอันต้องใช้เวลาในการชำระเงินเมื่อวัด
โดยสรุปเมื่อออกแบบระบบการวัดอุณหภูมิตามเทอร์มิสเตอร์มีคำถามมากมายที่ต้องพิจารณา: การเลือกเซ็นเซอร์การเดินสายเซ็นเซอร์การเลือกส่วนประกอบการแลกเปลี่ยนการกำหนดค่า ADC และวิธีการที่ตัวแปรต่าง ๆ เหล่านี้มีผลต่อความแม่นยำโดยรวมของระบบ บทความถัดไปในซีรี่ส์นี้จะอธิบายวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบระบบของคุณและงบประมาณข้อผิดพลาดของระบบโดยรวมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเป้าหมายของคุณ