થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન પ્રણાલીઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવી: એક પડકાર

આ બે ભાગની શ્રેણીનો પહેલો લેખ છે. આ લેખ સૌપ્રથમ ઇતિહાસ અને ડિઝાઇન પડકારોની ચર્ચા કરશેથર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાનમાપન પ્રણાલીઓ, તેમજ પ્રતિકાર થર્મોમીટર (RTD) તાપમાન માપન પ્રણાલીઓ સાથે તેમની સરખામણી. તે થર્મિસ્ટરની પસંદગી, રૂપરેખાંકન ટ્રેડ-ઓફ્સ અને આ એપ્લિકેશન ક્ષેત્રમાં સિગ્મા-ડેલ્ટા એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADCs) ના મહત્વનું પણ વર્ણન કરશે. બીજો લેખ અંતિમ થર્મિસ્ટર-આધારિત માપન પ્રણાલીને કેવી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ અને મૂલ્યાંકન કરવી તેની વિગતવાર માહિતી આપશે.
અગાઉના લેખ શ્રેણી, ઑપ્ટિમાઇઝિંગ RTD ટેમ્પરેચર સેન્સર સિસ્ટમ્સમાં વર્ણવ્યા મુજબ, RTD એ એક રેઝિસ્ટર છે જેનો પ્રતિકાર તાપમાન સાથે બદલાય છે. થર્મિસ્ટર્સ RTDs ની જેમ જ કાર્ય કરે છે. RTDs થી વિપરીત, જેમાં ફક્ત હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક હોય છે, થર્મિસ્ટરમાં સકારાત્મક અથવા નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક હોઈ શકે છે. નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક (NTC) થર્મિસ્ટર્સ તાપમાન વધતાં તેમનો પ્રતિકાર ઘટાડે છે, જ્યારે હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક (PTC) થર્મિસ્ટર્સ તાપમાન વધતાં તેમનો પ્રતિકાર વધારે છે. આકૃતિ 1 માં લાક્ષણિક NTC અને PTC થર્મિસ્ટર્સની પ્રતિભાવ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે અને તેમની તુલના RTD વક્ર સાથે કરે છે.
તાપમાન શ્રેણીની દ્રષ્ટિએ, RTD વળાંક લગભગ રેખીય છે, અને થર્મિસ્ટરની બિન-રેખીય (ઘાતાંકીય) પ્રકૃતિને કારણે સેન્સર થર્મિસ્ટર્સ (સામાન્ય રીતે -200°C થી +850°C) કરતાં ઘણી વિશાળ તાપમાન શ્રેણીને આવરી લે છે. RTD સામાન્ય રીતે જાણીતા પ્રમાણિત વળાંકોમાં પૂરા પાડવામાં આવે છે, જ્યારે થર્મિસ્ટર વળાંક ઉત્પાદક દ્વારા બદલાય છે. અમે આ લેખના થર્મિસ્ટર પસંદગી માર્ગદર્શિકા વિભાગમાં આની વિગતવાર ચર્ચા કરીશું.
થર્મિસ્ટર્સ સંયુક્ત સામગ્રી, સામાન્ય રીતે સિરામિક્સ, પોલિમર અથવા સેમિકન્ડક્ટર (સામાન્ય રીતે મેટલ ઓક્સાઇડ) અને શુદ્ધ ધાતુઓ (પ્લેટિનમ, નિકલ અથવા કોપર) માંથી બનાવવામાં આવે છે. થર્મિસ્ટર્સ RTDs કરતાં તાપમાનમાં ફેરફાર ઝડપથી શોધી શકે છે, જે ઝડપી પ્રતિસાદ પ્રદાન કરે છે. તેથી, થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે સેન્સર દ્વારા એવા કાર્યક્રમોમાં થાય છે જેમાં ઓછી કિંમત, નાના કદ, ઝડપી પ્રતિભાવ, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને મર્યાદિત તાપમાન શ્રેણીની જરૂર હોય છે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ નિયંત્રણ, ઘર અને મકાન નિયંત્રણ, વૈજ્ઞાનિક પ્રયોગશાળાઓ, અથવા વ્યાપારી અથવા ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોમાં થર્મોકપલ્સ માટે કોલ્ડ જંકશન વળતર. હેતુઓ. એપ્લિકેશનો.
મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, NTC થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ ચોક્કસ તાપમાન માપન માટે થાય છે, PTC થર્મિસ્ટર્સ નહીં. કેટલાક PTC થર્મિસ્ટર્સ ઉપલબ્ધ છે જેનો ઉપયોગ ઓવરકરન્ટ પ્રોટેક્શન સર્કિટમાં અથવા સલામતી એપ્લિકેશનો માટે રીસેટેબલ ફ્યુઝ તરીકે થઈ શકે છે. PTC થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર-તાપમાન વળાંક સ્વીચ પોઇન્ટ (અથવા ક્યુરી પોઇન્ટ) સુધી પહોંચતા પહેલા ખૂબ જ નાનો NTC પ્રદેશ દર્શાવે છે, જેની ઉપર પ્રતિકાર ઘણા ડિગ્રી સેલ્સિયસની રેન્જમાં તીવ્રતાના ઘણા ઓર્ડર દ્વારા ઝડપથી વધે છે. ઓવરકરન્ટ પરિસ્થિતિઓમાં, જ્યારે સ્વિચિંગ તાપમાન ઓળંગાઈ જાય છે ત્યારે PTC થર્મિસ્ટર મજબૂત સ્વ-ગરમી ઉત્પન્ન કરશે, અને તેનો પ્રતિકાર ઝડપથી વધશે, જે સિસ્ટમમાં ઇનપુટ કરંટ ઘટાડશે, જેનાથી નુકસાન અટકાવશે. PTC થર્મિસ્ટર્સનો સ્વિચિંગ પોઇન્ટ સામાન્ય રીતે 60°C અને 120°C ની વચ્ચે હોય છે અને તે વિશાળ શ્રેણીના એપ્લિકેશનોમાં તાપમાન માપનને નિયંત્રિત કરવા માટે યોગ્ય નથી. આ લેખ NTC થર્મિસ્ટર્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે સામાન્ય રીતે -80°C થી +150°C સુધીના તાપમાનને માપી અથવા મોનિટર કરી શકે છે. NTC થર્મિસ્ટર્સમાં 25°C પર થોડા ઓહ્મથી 10 MΩ સુધીનો પ્રતિકાર રેટિંગ હોય છે. આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, થર્મિસ્ટર્સ માટે પ્રતિ ડિગ્રી સેલ્સિયસ પ્રતિકારમાં ફેરફાર પ્રતિકાર થર્મોમીટર્સ કરતાં વધુ સ્પષ્ટ છે. થર્મિસ્ટર્સની તુલનામાં, થર્મિસ્ટરની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને ઉચ્ચ પ્રતિકાર મૂલ્ય તેના ઇનપુટ સર્કિટરીને સરળ બનાવે છે, કારણ કે થર્મિસ્ટર્સને લીડ પ્રતિકારની ભરપાઈ કરવા માટે 3-વાયર અથવા 4-વાયર જેવા કોઈ ખાસ વાયરિંગ ગોઠવણીની જરૂર હોતી નથી. થર્મિસ્ટર ડિઝાઇન ફક્ત એક સરળ 2-વાયર ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરે છે.
ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન માટે ચોક્કસ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, એનાલોગ-થી-ડિજિટલ રૂપાંતર, રેખીયકરણ અને વળતરની જરૂર પડે છે, જેમ કે આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
સિગ્નલ ચેઇન સરળ લાગે છે, પરંતુ ઘણી જટિલતાઓ છે જે સમગ્ર મધરબોર્ડના કદ, કિંમત અને કામગીરીને અસર કરે છે. ADI ના ચોકસાઇ ADC પોર્ટફોલિયોમાં AD7124-4/AD7124-8 જેવા ઘણા સંકલિત ઉકેલોનો સમાવેશ થાય છે, જે થર્મલ સિસ્ટમ ડિઝાઇન માટે ઘણા ફાયદા પૂરા પાડે છે કારણ કે એપ્લિકેશન માટે જરૂરી મોટાભાગના બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ બિલ્ટ-ઇન હોય છે. જો કે, થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન ઉકેલોને ડિઝાઇન અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં વિવિધ પડકારો છે.
આ લેખ આ દરેક મુદ્દાઓની ચર્ચા કરે છે અને તેમને ઉકેલવા અને આવી સિસ્ટમો માટે ડિઝાઇન પ્રક્રિયાને વધુ સરળ બનાવવા માટે ભલામણો પ્રદાન કરે છે.
ત્યાં વિવિધ પ્રકારના છેNTC થર્મિસ્ટર્સઆજે બજારમાં ઉપલબ્ધ છે, તેથી તમારા ઉપયોગ માટે યોગ્ય થર્મિસ્ટર પસંદ કરવું મુશ્કેલ કાર્ય હોઈ શકે છે. નોંધ કરો કે થર્મિસ્ટર્સ તેમના નજીવા મૂલ્ય દ્વારા સૂચિબદ્ધ થાય છે, જે 25°C પર તેમનો નજીવો પ્રતિકાર છે. તેથી, 10 kΩ થર્મિસ્ટર 25°C પર 10 kΩ નો નજીવો પ્રતિકાર ધરાવે છે. થર્મિસ્ટર્સમાં થોડા ઓહ્મથી 10 MΩ સુધીના નજીવા અથવા મૂળભૂત પ્રતિકાર મૂલ્યો હોય છે. ઓછા પ્રતિકાર રેટિંગ (10 kΩ અથવા તેનાથી ઓછા નજીવા પ્રતિકાર) ધરાવતા થર્મિસ્ટર્સ સામાન્ય રીતે -50°C થી +70°C જેવા નીચા તાપમાન રેન્જને સપોર્ટ કરે છે. ઉચ્ચ પ્રતિકાર રેટિંગ ધરાવતા થર્મિસ્ટર્સ 300°C સુધીના તાપમાનનો સામનો કરી શકે છે.
થર્મિસ્ટર તત્વ મેટલ ઓક્સાઇડથી બનેલું છે. થર્મિસ્ટર બોલ, રેડિયલ અને SMD આકારમાં ઉપલબ્ધ છે. થર્મિસ્ટર મણકા વધારાના રક્ષણ માટે ઇપોક્સી કોટેડ અથવા ગ્લાસ એન્કેપ્સ્યુલેટેડ હોય છે. ઇપોક્સી કોટેડ બોલ થર્મિસ્ટર, રેડિયલ અને સરફેસ થર્મિસ્ટર 150°C સુધીના તાપમાન માટે યોગ્ય છે. ગ્લાસ બીડ થર્મિસ્ટર ઉચ્ચ તાપમાન માપવા માટે પણ યોગ્ય છે. તમામ પ્રકારના કોટિંગ્સ/પેકેજિંગ કાટ સામે પણ રક્ષણ આપે છે. કેટલાક થર્મિસ્ટરમાં કઠોર વાતાવરણમાં વધારાના રક્ષણ માટે વધારાના હાઉસિંગ પણ હશે. બીડ થર્મિસ્ટર્સનો રેડિયલ/SMD થર્મિસ્ટર્સ કરતાં ઝડપી પ્રતિભાવ સમય હોય છે. જો કે, તે એટલા ટકાઉ નથી. તેથી, ઉપયોગમાં લેવાતા થર્મિસ્ટરનો પ્રકાર અંતિમ એપ્લિકેશન અને થર્મિસ્ટર કયા વાતાવરણમાં સ્થિત છે તેના પર આધાર રાખે છે. થર્મિસ્ટરની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા તેની સામગ્રી, પેકેજિંગ અને ડિઝાઇન પર આધાર રાખે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇપોક્સી-કોટેડ NTC થર્મિસ્ટર દર વર્ષે 0.2°C બદલાઈ શકે છે, જ્યારે સીલબંધ થર્મિસ્ટર દર વર્ષે ફક્ત 0.02°C બદલાય છે.
થર્મિસ્ટર્સ વિવિધ ચોકસાઈમાં આવે છે. પ્રમાણભૂત થર્મિસ્ટર્સ સામાન્ય રીતે 0.5°C થી 1.5°C ની ચોકસાઈ ધરાવે છે. થર્મિસ્ટર પ્રતિકાર રેટિંગ અને બીટા મૂલ્ય (25°C થી 50°C/85°C ગુણોત્તર) માં સહિષ્ણુતા હોય છે. નોંધ કરો કે થર્મિસ્ટરનું બીટા મૂલ્ય ઉત્પાદક દ્વારા બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ ઉત્પાદકોના 10 kΩ NTC થર્મિસ્ટર્સમાં અલગ અલગ બીટા મૂલ્યો હશે. વધુ સચોટ સિસ્ટમો માટે, Omega™ 44xxx શ્રેણી જેવા થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. 0°C થી 70°C ની તાપમાન શ્રેણી પર તેમની ચોકસાઈ 0.1°C અથવા 0.2°C છે. તેથી, માપી શકાય તેવા તાપમાનની શ્રેણી અને તે તાપમાન શ્રેણી પર જરૂરી ચોકસાઈ નક્કી કરે છે કે થર્મિસ્ટર્સ આ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય છે કે નહીં. કૃપા કરીને નોંધ કરો કે Omega 44xxx શ્રેણીની ચોકસાઈ જેટલી વધારે હશે, તેટલી કિંમત વધારે હશે.
પ્રતિકારને ડિગ્રી સેલ્સિયસમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે, સામાન્ય રીતે બીટા મૂલ્યનો ઉપયોગ થાય છે. બીટા મૂલ્ય બે તાપમાન બિંદુઓ અને દરેક તાપમાન બિંદુ પર અનુરૂપ પ્રતિકારને જાણીને નક્કી કરવામાં આવે છે.
RT1 = તાપમાન પ્રતિકાર 1 RT2 = તાપમાન પ્રતિકાર 2 T1 = તાપમાન 1 (K) T2 = તાપમાન 2 (K)
વપરાશકર્તા પ્રોજેક્ટમાં ઉપયોગમાં લેવાતા તાપમાન શ્રેણીની સૌથી નજીક બીટા મૂલ્યનો ઉપયોગ કરે છે. મોટાભાગની થર્મિસ્ટર ડેટાશીટ્સ 25°C પર પ્રતિકાર સહિષ્ણુતા અને બીટા મૂલ્ય માટે સહિષ્ણુતા સાથે બીટા મૂલ્યની યાદી આપે છે.
ઉચ્ચ ચોકસાઇવાળા થર્મિસ્ટર્સ અને ઉચ્ચ ચોકસાઇવાળા ટર્મિનેશન સોલ્યુશન્સ જેમ કે ઓમેગા 44xxx શ્રેણી, પ્રતિકારને ડિગ્રી સેલ્સિયસમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સ્ટેઇનહાર્ટ-હાર્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરે છે. સમીકરણ 2 માટે સેન્સર ઉત્પાદક દ્વારા ફરીથી પૂરા પાડવામાં આવેલા ત્રણ સ્થિરાંકો A, B અને C ની જરૂર છે. કારણ કે સમીકરણ ગુણાંક ત્રણ તાપમાન બિંદુઓનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન થાય છે, પરિણામી સમીકરણ રેખીયકરણ (સામાન્ય રીતે 0.02 °C) દ્વારા રજૂ કરાયેલ ભૂલને ઘટાડે છે.
A, B અને C એ ત્રણ તાપમાન સેટપોઇન્ટ્સમાંથી મેળવેલા સ્થિરાંકો છે. R = ઓહ્મમાં થર્મિસ્ટર પ્રતિકાર T = K ડિગ્રીમાં તાપમાન
આકૃતિ 3 માં સેન્સરનો વર્તમાન ઉત્તેજના દર્શાવે છે. થર્મિસ્ટર પર ડ્રાઇવ કરંટ લાગુ કરવામાં આવે છે અને તે જ કરંટ ચોકસાઇ રેઝિસ્ટર પર લાગુ કરવામાં આવે છે; માપન માટે સંદર્ભ તરીકે ચોકસાઇ રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ થાય છે. સંદર્ભ રેઝિસ્ટરનું મૂલ્ય થર્મિસ્ટર પ્રતિકારના ઉચ્ચતમ મૂલ્ય કરતા વધારે અથવા તેના બરાબર હોવું જોઈએ (સિસ્ટમમાં માપવામાં આવતા સૌથી ઓછા તાપમાનના આધારે).
ઉત્તેજના પ્રવાહ પસંદ કરતી વખતે, થર્મિસ્ટરના મહત્તમ પ્રતિકારને ફરીથી ધ્યાનમાં લેવો આવશ્યક છે. આ ખાતરી કરે છે કે સેન્સર અને સંદર્ભ રેઝિસ્ટર પર વોલ્ટેજ હંમેશા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે સ્વીકાર્ય સ્તરે હોય છે. ફીલ્ડ કરંટ સ્ત્રોતને કેટલાક હેડરૂમ અથવા આઉટપુટ મેચિંગની જરૂર છે. જો થર્મિસ્ટરમાં સૌથી ઓછા માપી શકાય તેવા તાપમાને ઉચ્ચ પ્રતિકાર હોય, તો આ ખૂબ જ ઓછો ડ્રાઇવ પ્રવાહ પરિણમશે. તેથી, ઉચ્ચ તાપમાને થર્મિસ્ટરમાં ઉત્પન્ન થતો વોલ્ટેજ નાનો છે. આ નીચા સ્તરના સિગ્નલોના માપને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે પ્રોગ્રામેબલ ગેઇન સ્ટેજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જો કે, ગેઇન ગતિશીલ રીતે પ્રોગ્રામ થયેલ હોવો જોઈએ કારણ કે થર્મિસ્ટરમાંથી સિગ્નલ સ્તર તાપમાન સાથે ખૂબ બદલાય છે.
બીજો વિકલ્પ એ છે કે ગેઇન સેટ કરો પરંતુ ડાયનેમિક ડ્રાઇવ કરંટનો ઉપયોગ કરો. તેથી, જેમ જેમ થર્મિસ્ટરમાંથી સિગ્નલ લેવલ બદલાય છે, તેમ તેમ ડ્રાઇવ કરંટ વેલ્યુ ગતિશીલ રીતે બદલાય છે જેથી થર્મિસ્ટર પર વિકસિત વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણની નિર્દિષ્ટ ઇનપુટ રેન્જમાં હોય. વપરાશકર્તાએ ખાતરી કરવી જોઈએ કે સંદર્ભ રેઝિસ્ટર પર વિકસિત વોલ્ટેજ પણ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે સ્વીકાર્ય સ્તરે છે. બંને વિકલ્પો માટે ઉચ્ચ સ્તરનું નિયંત્રણ, થર્મિસ્ટર પર વોલ્ટેજનું સતત નિરીક્ષણ જરૂરી છે જેથી ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સિગ્નલને માપી શકે. શું કોઈ સરળ વિકલ્પ છે? વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાનો વિચાર કરો.
જ્યારે થર્મિસ્ટર પર DC વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે થર્મિસ્ટર દ્વારા વહેતો પ્રવાહ આપમેળે સ્કેલ થાય છે કારણ કે થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર બદલાય છે. હવે, સંદર્ભ રેઝિસ્ટરને બદલે ચોકસાઇ માપન રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને, તેનો હેતુ થર્મિસ્ટરમાંથી વહેતા પ્રવાહની ગણતરી કરવાનો છે, આમ થર્મિસ્ટર પ્રતિકારની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે. ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ ADC સંદર્ભ સિગ્નલ તરીકે પણ થતો હોવાથી, કોઈ ગેઇન સ્ટેજની જરૂર નથી. પ્રોસેસર પાસે થર્મિસ્ટર વોલ્ટેજનું નિરીક્ષણ કરવાનું, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ દ્વારા સિગ્નલ સ્તર માપી શકાય છે કે કેમ તે નક્કી કરવાનું અને કયા ડ્રાઇવ ગેઇન/કરંટ મૂલ્યને સમાયોજિત કરવાની જરૂર છે તેની ગણતરી કરવાનું કામ નથી. આ લેખમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે.
જો થર્મિસ્ટરમાં ઓછી પ્રતિકાર રેટિંગ અને પ્રતિકાર શ્રેણી હોય, તો વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાન ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ કિસ્સામાં, ડ્રાઇવ વર્તમાન અને ગેઇનને સુધારી શકાય છે. આમ, સર્કિટ આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે હશે. આ પદ્ધતિ અનુકૂળ છે કારણ કે સેન્સર અને સંદર્ભ રેઝિસ્ટર દ્વારા વર્તમાનને નિયંત્રિત કરવું શક્ય છે, જે ઓછી શક્તિવાળા કાર્યક્રમોમાં મૂલ્યવાન છે. વધુમાં, થર્મિસ્ટરની સ્વ-ગરમી ઓછી થાય છે.
ઓછા પ્રતિકાર રેટિંગવાળા થર્મિસ્ટર્સ માટે પણ વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જો કે, વપરાશકર્તાએ હંમેશા ખાતરી કરવી જોઈએ કે સેન્સર દ્વારા પ્રવાહ સેન્સર અથવા એપ્લિકેશન માટે ખૂબ વધારે ન હોય.
મોટા પ્રતિકાર રેટિંગ અને વિશાળ તાપમાન શ્રેણીવાળા થર્મિસ્ટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે વોલ્ટેજ ઉત્તેજના અમલીકરણને સરળ બનાવે છે. મોટો નજીવો પ્રતિકાર રેટેડ પ્રવાહનું સ્વીકાર્ય સ્તર પૂરું પાડે છે. જો કે, ડિઝાઇનરોએ ખાતરી કરવાની જરૂર છે કે પ્રવાહ એપ્લિકેશન દ્વારા સમર્થિત સમગ્ર તાપમાન શ્રેણી પર સ્વીકાર્ય સ્તરે છે.
થર્મિસ્ટર માપન પ્રણાલી ડિઝાઇન કરતી વખતે સિગ્મા-ડેલ્ટા ADC ઘણા ફાયદા આપે છે. પ્રથમ, કારણ કે સિગ્મા-ડેલ્ટા ADC એનાલોગ ઇનપુટનું ફરીથી નમૂના લે છે, બાહ્ય ફિલ્ટરિંગ ઓછામાં ઓછું રાખવામાં આવે છે અને એકમાત્ર જરૂરિયાત એક સરળ RC ફિલ્ટર છે. તેઓ ફિલ્ટર પ્રકાર અને આઉટપુટ બાઉડ રેટમાં સુગમતા પ્રદાન કરે છે. મુખ્ય સંચાલિત ઉપકરણોમાં કોઈપણ દખલગીરીને દબાવવા માટે બિલ્ટ-ઇન ડિજિટલ ફિલ્ટરિંગનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. AD7124-4/AD7124-8 જેવા 24-બીટ ઉપકરણોમાં 21.7 બિટ્સ સુધીનું પૂર્ણ રિઝોલ્યુશન હોય છે, તેથી તેઓ ઉચ્ચ રિઝોલ્યુશન પ્રદાન કરે છે.
સિગ્મા-ડેલ્ટા ADC નો ઉપયોગ થર્મિસ્ટર ડિઝાઇનને મોટા પ્રમાણમાં સરળ બનાવે છે, જ્યારે સ્પષ્ટીકરણ, સિસ્ટમ ખર્ચ, બોર્ડ સ્પેસ અને માર્કેટિંગ માટેનો સમય ઘટાડે છે.
આ લેખ ADC તરીકે AD7124-4/AD7124-8 નો ઉપયોગ કરે છે કારણ કે તે ઓછા અવાજ, ઓછા પ્રવાહ, બિલ્ટ-ઇન PGA, બિલ્ટ-ઇન સંદર્ભ, એનાલોગ ઇનપુટ અને સંદર્ભ બફર સાથે ચોકસાઇવાળા ADC છે.
તમે ડ્રાઇવ કરંટનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો કે ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તે ધ્યાનમાં લીધા વિના, રેશિયોમેટ્રિક ગોઠવણીની ભલામણ કરવામાં આવે છે જેમાં સંદર્ભ વોલ્ટેજ અને સેન્સર વોલ્ટેજ એક જ ડ્રાઇવ સ્ત્રોતમાંથી આવે છે. આનો અર્થ એ છે કે ઉત્તેજના સ્ત્રોતમાં કોઈપણ ફેરફાર માપનની ચોકસાઈને અસર કરશે નહીં.
આકૃતિ 5 માં થર્મિસ્ટર અને ચોકસાઇ રેઝિસ્ટર RREF માટે સતત ડ્રાઇવ કરંટ બતાવે છે, RREF માં વિકસિત વોલ્ટેજ એ થર્મિસ્ટરને માપવા માટેનો સંદર્ભ વોલ્ટેજ છે.
ફીલ્ડ કરંટ સચોટ હોવો જરૂરી નથી અને તે ઓછો સ્થિર હોઈ શકે છે કારણ કે આ રૂપરેખાંકનમાં ફીલ્ડ કરંટમાં કોઈપણ ભૂલો દૂર કરવામાં આવશે. સામાન્ય રીતે, જ્યારે સેન્સર દૂરસ્થ સ્થળોએ સ્થિત હોય ત્યારે શ્રેષ્ઠ સંવેદનશીલતા નિયંત્રણ અને વધુ સારી અવાજ પ્રતિરક્ષાને કારણે વોલ્ટેજ ઉત્તેજના કરતાં વર્તમાન ઉત્તેજનાને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. આ પ્રકારની બાયસ પદ્ધતિનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ઓછા પ્રતિકાર મૂલ્યોવાળા RTD અથવા થર્મિસ્ટર્સ માટે થાય છે. જો કે, ઉચ્ચ પ્રતિકાર મૂલ્ય અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાવાળા થર્મિસ્ટર માટે, દરેક તાપમાન ફેરફાર દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ સિગ્નલ સ્તર મોટું હશે, તેથી વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 10 kΩ થર્મિસ્ટર 25°C પર 10 kΩ નો પ્રતિકાર ધરાવે છે. -50°C પર, NTC થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર 441.117 kΩ છે. AD7124-4/AD7124-8 દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ 50 µA નો ન્યૂનતમ ડ્રાઇવ કરંટ 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V ઉત્પન્ન કરે છે, જે ખૂબ ઊંચો છે અને આ એપ્લિકેશન ક્ષેત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોટાભાગના ઉપલબ્ધ ADC ની ઓપરેટિંગ રેન્જની બહાર છે. થર્મિસ્ટર્સ પણ સામાન્ય રીતે જોડાયેલા હોય છે અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક્સની નજીક સ્થિત હોય છે, તેથી ડ્રાઇવ કરંટ માટે રોગપ્રતિકારક શક્તિ જરૂરી નથી.
વોલ્ટેજ ડિવાઇડર સર્કિટ તરીકે શ્રેણીમાં સેન્સ રેઝિસ્ટર ઉમેરવાથી થર્મિસ્ટર દ્વારા પ્રવાહ તેના ન્યૂનતમ પ્રતિકાર મૂલ્ય સુધી મર્યાદિત થશે. આ રૂપરેખાંકનમાં, સેન્સ રેઝિસ્ટર RSENSE નું મૂલ્ય 25°C ના સંદર્ભ તાપમાન પર થર્મિસ્ટર પ્રતિકારના મૂલ્ય જેટલું હોવું જોઈએ, જેથી આઉટપુટ વોલ્ટેજ તેના 25°CC ના નજીવા તાપમાને સંદર્ભ વોલ્ટેજના મધ્યબિંદુ જેટલું હશે. તેવી જ રીતે, જો 25°C પર 10 kΩ ના પ્રતિકાર સાથે 10 kΩ થર્મિસ્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો RSENSE 10 kΩ હોવું જોઈએ. જેમ જેમ તાપમાન બદલાય છે, તેમ તેમ NTC થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર પણ બદલાય છે, અને થર્મિસ્ટરમાં ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ગુણોત્તર પણ બદલાય છે, પરિણામે આઉટપુટ વોલ્ટેજ NTC થર્મિસ્ટરના પ્રતિકારના પ્રમાણસર બને છે.
જો થર્મિસ્ટર અને/અથવા RSENSE ને પાવર આપવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતો પસંદ કરેલ વોલ્ટેજ સંદર્ભ માપન માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ADC સંદર્ભ વોલ્ટેજ સાથે મેળ ખાય છે, તો સિસ્ટમ રેશિયોમેટ્રિક માપન (આકૃતિ 7) પર સેટ કરવામાં આવે છે જેથી કોઈપણ ઉત્તેજના-સંબંધિત ભૂલ વોલ્ટેજ સ્ત્રોતને દૂર કરવા માટે પક્ષપાતી રહેશે.
નોંધ કરો કે સેન્સ રેઝિસ્ટર (વોલ્ટેજ સંચાલિત) અથવા રેફરન્સ રેઝિસ્ટર (વર્તમાન સંચાલિત) ની પ્રારંભિક સહિષ્ણુતા ઓછી અને ડ્રિફ્ટ ઓછી હોવી જોઈએ, કારણ કે બંને ચલો સમગ્ર સિસ્ટમની ચોકસાઈને અસર કરી શકે છે.
બહુવિધ થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરતી વખતે, એક ઉત્તેજના વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જોકે, આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, દરેક થર્મિસ્ટર પાસે પોતાનું ચોકસાઇ સેન્સ રેઝિસ્ટર હોવું આવશ્યક છે. બીજો વિકલ્પ એ છે કે ચાલુ સ્થિતિમાં બાહ્ય મલ્ટિપ્લેક્સર અથવા લો-રેઝિસ્ટન્સ સ્વીચનો ઉપયોગ કરવો, જે એક ચોકસાઇ સેન્સ રેઝિસ્ટર શેર કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ ગોઠવણી સાથે, દરેક થર્મિસ્ટરને માપવામાં આવે ત્યારે થોડો સેટલિંગ સમયની જરૂર પડે છે.
સારાંશમાં, થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરતી વખતે, ઘણા પ્રશ્નો ધ્યાનમાં લેવા પડે છે: સેન્સર પસંદગી, સેન્સર વાયરિંગ, ઘટક પસંદગી ટ્રેડ-ઓફ, ADC રૂપરેખાંકન, અને આ વિવિધ ચલો સિસ્ટમની એકંદર ચોકસાઈને કેવી રીતે અસર કરે છે. આ શ્રેણીનો આગળનો લેખ સમજાવે છે કે તમારા લક્ષ્ય પ્રદર્શનને પ્રાપ્ત કરવા માટે તમારી સિસ્ટમ ડિઝાઇન અને એકંદર સિસ્ટમ ભૂલ બજેટને કેવી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું.