ઑપ્ટિમાઇઝ થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન સિસ્ટમ્સ: એક પડકાર

બે ભાગની શ્રેણીમાં આ પહેલો લેખ છે. આ લેખ પ્રથમ ઇતિહાસ અને ડિઝાઇન પડકારોની ચર્ચા કરશેથર્મિસ્ટર આધારિત તાપમાનમાપન પ્રણાલીઓ, તેમજ પ્રતિકાર થર્મોમીટર (RTD) તાપમાન માપન પ્રણાલીઓ સાથે તેમની સરખામણી. તે આ એપ્લિકેશન એરિયામાં થર્મિસ્ટરની પસંદગી, કન્ફિગરેશન ટ્રેડ-ઓફ અને સિગ્મા-ડેલ્ટા એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADCs) નું મહત્વ પણ વર્ણવશે. બીજા લેખમાં અંતિમ થર્મિસ્ટર-આધારિત માપન પ્રણાલીને કેવી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ અને મૂલ્યાંકન કરવું તેની વિગત આપવામાં આવશે.
અગાઉના લેખ શ્રેણીમાં વર્ણવ્યા મુજબ, RTD તાપમાન સેન્સર સિસ્ટમ્સનું ઑપ્ટિમાઇઝિંગ, RTD એ એક રેઝિસ્ટર છે જેનો પ્રતિકાર તાપમાન સાથે બદલાય છે. થર્મિસ્ટર્સ આરટીડીની જેમ જ કામ કરે છે. RTDsથી વિપરીત, જે માત્ર હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક ધરાવે છે, થર્મિસ્ટરમાં હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક હોઈ શકે છે. નકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક (NTC) થર્મિસ્ટર્સ જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ તેમ તેમનો પ્રતિકાર ઘટાડે છે, જ્યારે હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક (PTC) થર્મિસ્ટર્સ તાપમાનમાં વધારો થતાં તેમનો પ્રતિકાર વધારે છે. અંજીર પર. 1 લાક્ષણિક NTC અને PTC થર્મિસ્ટર્સની પ્રતિભાવ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે અને RTD વળાંકો સાથે તેમની સરખામણી કરે છે.
તાપમાન શ્રેણીના સંદર્ભમાં, RTD વળાંક લગભગ રેખીય છે, અને થર્મિસ્ટરની બિન-રેખીય (ઘાતાંકીય) પ્રકૃતિને કારણે સેન્સર થર્મિસ્ટર્સ (સામાન્ય રીતે -200°C થી +850°C) કરતા વધુ વ્યાપક તાપમાન શ્રેણીને આવરી લે છે. RTDs સામાન્ય રીતે જાણીતા પ્રમાણિત વળાંકોમાં પ્રદાન કરવામાં આવે છે, જ્યારે થર્મિસ્ટર વણાંકો ઉત્પાદક દ્વારા બદલાય છે. અમે આ લેખના થર્મિસ્ટર પસંદગી માર્ગદર્શિકા વિભાગમાં વિગતવાર ચર્ચા કરીશું.
થર્મિસ્ટર્સ સંયુક્ત સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે, સામાન્ય રીતે સિરામિક્સ, પોલિમર અથવા સેમિકન્ડક્ટર (સામાન્ય રીતે મેટલ ઓક્સાઇડ) અને શુદ્ધ ધાતુઓ (પ્લેટિનમ, નિકલ અથવા કોપર). થર્મિસ્ટર્સ RTD કરતાં વધુ ઝડપથી તાપમાનમાં ફેરફાર શોધી શકે છે, ઝડપી પ્રતિસાદ આપે છે. તેથી, થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે એવી એપ્લિકેશન્સમાં સેન્સર દ્વારા કરવામાં આવે છે કે જેને ઓછી કિંમત, નાના કદ, ઝડપી પ્રતિભાવ, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને મર્યાદિત તાપમાન શ્રેણી, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ નિયંત્રણ, ઘર અને મકાન નિયંત્રણ, વૈજ્ઞાનિક પ્રયોગશાળાઓ અથવા વ્યવસાયિકમાં થર્મોકોલ માટે કોલ્ડ જંકશન વળતરની જરૂર હોય છે. અથવા ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમો. હેતુઓ અરજીઓ.
મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, એનટીસી થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ ચોક્કસ તાપમાન માપન માટે થાય છે, પીટીસી થર્મિસ્ટર્સનો નહીં. કેટલાક પીટીસી થર્મિસ્ટર્સ ઉપલબ્ધ છે જેનો ઉપયોગ ઓવરકરન્ટ પ્રોટેક્શન સર્કિટમાં અથવા સલામતી એપ્લિકેશનો માટે રીસેટેબલ ફ્યુઝ તરીકે થઈ શકે છે. પીટીસી થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર-તાપમાન વળાંક સ્વીચ પોઈન્ટ (અથવા ક્યુરી પોઈન્ટ) સુધી પહોંચતા પહેલા ખૂબ જ નાનો એનટીસી પ્રદેશ દર્શાવે છે, જેની ઉપર કેટલાક ડિગ્રી સેલ્સિયસની રેન્જમાં તીવ્રતાના કેટલાક ઓર્ડર દ્વારા પ્રતિકાર તીવ્રપણે વધે છે. અતિવર્તુળ પરિસ્થિતિઓમાં, જ્યારે સ્વિચિંગ તાપમાન ઓળંગાય ત્યારે પીટીસી થર્મિસ્ટર મજબૂત સ્વ-હીટિંગ ઉત્પન્ન કરશે, અને તેનો પ્રતિકાર તીવ્રપણે વધશે, જે સિસ્ટમમાં ઇનપુટ પ્રવાહને ઘટાડશે, જેનાથી નુકસાન અટકાવશે. PTC થર્મિસ્ટર્સનો સ્વિચિંગ પોઈન્ટ સામાન્ય રીતે 60°C અને 120°C ની વચ્ચે હોય છે અને તે એપ્લિકેશનની વિશાળ શ્રેણીમાં 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 થર્મિસ્ટર્સ 25°C પર થોડા ઓહ્મથી 10 MΩ સુધીના પ્રતિકારક રેટિંગ ધરાવે છે. ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે. 1, થર્મિસ્ટર્સ માટે પ્રતિ ડિગ્રી સેલ્સિયસ પ્રતિકારમાં ફેરફાર પ્રતિકાર થર્મોમીટર કરતાં વધુ સ્પષ્ટ છે. થર્મિસ્ટર્સની તુલનામાં, થર્મિસ્ટરની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને ઉચ્ચ પ્રતિકાર મૂલ્ય તેની ઇનપુટ સર્કિટરીને સરળ બનાવે છે, કારણ કે થર્મિસ્ટર્સને લીડ પ્રતિકારની ભરપાઈ કરવા માટે 3-વાયર અથવા 4-વાયર જેવા કોઈ વિશિષ્ટ વાયરિંગ કન્ફિગરેશનની જરૂર હોતી નથી. થર્મિસ્ટર ડિઝાઇન માત્ર એક સરળ 2-વાયર ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરે છે.
ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન માટે ચોક્કસ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, એનાલોગ-થી-ડિજિટલ રૂપાંતરણ, લાઇનરાઇઝેશન અને વળતરની જરૂર છે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 2.
જો કે સિગ્નલ ચેઇન સરળ લાગે છે, ત્યાં 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 સંખ્યાબંધ લાભો પ્રદાન કરે 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 હલ કરવા અને આવી સિસ્ટમો માટે ડિઝાઇન પ્રક્રિયાને વધુ સરળ બનાવવા માટે ભલામણો પ્રદાન કરે છે.
ની વિશાળ વિવિધતા છેએનટીસી થર્મિસ્ટર્સઆજે બજારમાં છે, તેથી તમારી એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય થર્મિસ્ટર પસંદ કરવાનું મુશ્કેલ કાર્ય બની શકે છે. નોંધ કરો કે થર્મિસ્ટર્સ તેમના નજીવા મૂલ્ય દ્વારા સૂચિબદ્ધ છે, જે 25°C પર તેમનો નજીવો પ્રતિકાર છે. તેથી, 10 kΩ થર્મિસ્ટર 25°C પર 10 kΩ નો નજીવો પ્રતિકાર ધરાવે છે. થર્મિસ્ટર્સ પાસે થોડા ઓહ્મથી 10 MΩ સુધીના નજીવા અથવા મૂળભૂત પ્રતિકાર મૂલ્યો હોય છે. નીચા પ્રતિકાર રેટિંગવાળા થર્મિસ્ટર્સ (10 kΩ અથવા તેનાથી ઓછા નજીવા પ્રતિકાર) સામાન્ય રીતે નીચા તાપમાન રેન્જને સપોર્ટ કરે છે, જેમ કે -50°C થી +70°C. ઉચ્ચ પ્રતિકારક રેટિંગ ધરાવતા થર્મિસ્ટર્સ 300°C સુધીના તાપમાનનો સામનો કરી શકે છે.
થર્મિસ્ટર તત્વ મેટલ ઓક્સાઇડથી બનેલું છે. થર્મિસ્ટર્સ બોલ, રેડિયલ અને SMD આકારમાં ઉપલબ્ધ છે. થર્મિસ્ટર મણકા વધારાના રક્ષણ માટે ઇપોક્સી કોટેડ અથવા ગ્લાસ એન્કેપ્સ્યુલેટેડ હોય છે. ઇપોક્સી કોટેડ બોલ થર્મિસ્ટર્સ, રેડિયલ અને સરફેસ થર્મિસ્ટર્સ 150°C સુધીના તાપમાન માટે યોગ્ય છે. ગ્લાસ બીડ થર્મિસ્ટર્સ ઊંચા તાપમાનને માપવા માટે યોગ્ય છે. તમામ પ્રકારના કોટિંગ્સ/પેકેજિંગ પણ કાટ સામે રક્ષણ આપે છે. કઠોર વાતાવરણમાં વધારાના રક્ષણ માટે કેટલાક થર્મિસ્ટર્સ પાસે વધારાના આવાસ પણ હશે. બીડ થર્મિસ્ટર્સ પાસે રેડિયલ/એસએમડી થર્મિસ્ટર્સ કરતાં ઝડપી પ્રતિભાવ સમય હોય છે. જો કે, તેઓ એટલા ટકાઉ નથી. તેથી, ઉપયોગમાં લેવાતા થર્મિસ્ટરનો પ્રકાર અંતિમ એપ્લિકેશન અને થર્મિસ્ટર સ્થિત છે તે વાતાવરણ પર આધારિત છે. થર્મિસ્ટરની લાંબા ગાળાની સ્થિરતા તેની સામગ્રી, પેકેજિંગ અને ડિઝાઇન પર આધારિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇપોક્સી-કોટેડ NTC થર્મિસ્ટર દર વર્ષે 0.2°C બદલી શકે છે, જ્યારે સીલબંધ થર્મિસ્ટર માત્ર 0.02°C પ્રતિ વર્ષ બદલાય છે.
થર્મિસ્ટર્સ વિવિધ ચોકસાઈમાં આવે છે. સ્ટાન્ડર્ડ થર્મિસ્ટર્સ સામાન્ય રીતે 0.5°C થી 1.5°C ની ચોકસાઈ ધરાવે છે. થર્મિસ્ટર રેઝિસ્ટન્સ રેટિંગ અને બીટા વેલ્યુ (25°C થી 50°C/85°C નો ગુણોત્તર) સહનશીલતા ધરાવે છે. નોંધ કરો કે થર્મિસ્ટરનું બીટા મૂલ્ય ઉત્પાદક દ્વારા બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ ઉત્પાદકોના 10 kΩ NTC થર્મિસ્ટરની વિવિધ બીટા કિંમતો હશે. વધુ સચોટ સિસ્ટમો માટે, Omega™ 44xxx શ્રેણી જેવા થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેઓ 0°C થી 70°C ની તાપમાન શ્રેણીમાં 0.1°C અથવા 0.2°C ની ચોકસાઈ ધરાવે છે. તેથી, તાપમાનની શ્રેણી કે જે માપી શકાય છે અને તે તાપમાન શ્રેણી પર જરૂરી ચોકસાઈ નક્કી કરે છે કે થર્મિસ્ટર્સ આ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય છે કે નહીં. મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે Omega 44xxx શ્રેણીની સચોટતા જેટલી વધારે છે, તેટલી ઊંચી કિંમત.
પ્રતિકારને ડિગ્રી સેલ્સિયસમાં કન્વર્ટ 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 લેવાતી તાપમાન શ્રેણીની નજીકના બીટા મૂલ્યનો ઉપયોગ કરે છે. મોટાભાગની થર્મિસ્ટર ડેટાશીટ્સ 25°C પર પ્રતિકાર સહનશીલતા અને બીટા મૂલ્ય માટે સહનશીલતા સાથે બીટા મૂલ્યની સૂચિ આપે છે.
ઉચ્ચ ચોકસાઇવાળા થર્મિસ્ટર્સ અને ઉચ્ચ ચોકસાઇ સમાપ્તિ ઉકેલો જેમ કે ઓમેગા 44xxx શ્રેણી, પ્રતિકારને ડિગ્રી સેલ્સિયસમાં કન્વર્ટ કરવા માટે સ્ટેઇનહાર્ટ-હાર્ટ સમીકરણનો ઉપયોગ કરે છે. સમીકરણ 2 ને ત્રણ સ્થિરાંકો A, B, અને Cની જરૂર છે, જે ફરીથી સેન્સર ઉત્પાદક દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે. કારણ કે સમીકરણ ગુણાંક ત્રણ તાપમાન બિંદુઓનો ઉપયોગ કરીને જનરેટ થાય છે, પરિણામી સમીકરણ લીનિયરાઇઝેશન (સામાન્ય રીતે 0.02 °C) દ્વારા રજૂ કરવામાં આવેલી ભૂલને ઘટાડે છે.
A, B અને C એ ત્રણ તાપમાન સેટપોઇન્ટ્સમાંથી મેળવેલા સ્થિરાંકો છે. ઓહ્મમાં આર = થર્મિસ્ટર પ્રતિકાર T = K ડિગ્રીમાં તાપમાન
અંજીર પર. 3 સેન્સરની વર્તમાન ઉત્તેજના દર્શાવે છે. ડ્રાઇવ કરંટ થર્મિસ્ટર પર લાગુ થાય છે અને તે જ પ્રવાહ ચોકસાઇ રેઝિસ્ટર પર લાગુ થાય છે; એક ચોકસાઇ રેઝિસ્ટર માપ માટે સંદર્ભ તરીકે વપરાય છે. સંદર્ભ રેઝિસ્ટરનું મૂલ્ય થર્મિસ્ટર પ્રતિકારના ઉચ્ચતમ મૂલ્ય કરતાં વધારે અથવા બરાબર હોવું જોઈએ (સિસ્ટમમાં માપવામાં આવેલા સૌથી નીચા તાપમાનના આધારે).
ઉત્તેજના વર્તમાન પસંદ કરતી વખતે, થર્મિસ્ટરના મહત્તમ પ્રતિકારને ફરીથી ધ્યાનમાં લેવો આવશ્યક છે. આ ખાતરી કરે છે કે સેન્સર અને રેફરન્સ રેઝિસ્ટરનો વોલ્ટેજ હંમેશા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ માટે સ્વીકાર્ય સ્તર પર છે. ફીલ્ડ વર્તમાન સ્ત્રોતને કેટલાક હેડરૂમ અથવા આઉટપુટ મેચિંગની જરૂર છે. જો થર્મિસ્ટર સૌથી નીચા માપી શકાય તેવા તાપમાને ઉચ્ચ પ્રતિકાર ધરાવે છે, તો આના પરિણામે ખૂબ જ નીચા ડ્રાઇવ પ્રવાહ આવશે. તેથી, ઊંચા તાપમાને સમગ્ર થર્મિસ્ટરમાં ઉત્પન્ન થતો વોલ્ટેજ નાનો છે. આ નીચા સ્તરના સંકેતોના માપને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે પ્રોગ્રામેબલ ગેઇન સ્ટેજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જો કે, ગેઇન ગતિશીલ રીતે પ્રોગ્રામ થયેલ હોવો જોઈએ કારણ કે થર્મિસ્ટરનું સિગ્નલ સ્તર તાપમાન સાથે મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે.
બીજો વિકલ્પ ગેઇન સેટ કરવાનો છે પરંતુ ડાયનેમિક ડ્રાઇવ કરંટનો ઉપયોગ કરવાનો છે. તેથી, જેમ જેમ થર્મિસ્ટરમાંથી સિગ્નલ લેવલ બદલાય છે તેમ, ડ્રાઇવ વર્તમાન મૂલ્ય ગતિશીલ રીતે બદલાય છે જેથી થર્મિસ્ટરમાં વિકસિત વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણની નિર્દિષ્ટ ઇનપુટ શ્રેણીની અંદર હોય. વપરાશકર્તાએ સુનિશ્ચિત કરવું આવશ્યક છે કે સંદર્ભ રેઝિસ્ટરમાં વિકસિત વોલ્ટેજ પણ ઇલેક્ટ્રોનિક્સને સ્વીકાર્ય સ્તર પર છે. બંને વિકલ્પોને ઉચ્ચ સ્તરના નિયંત્રણની જરૂર છે, સમગ્ર થર્મિસ્ટરમાં વોલ્ટેજનું સતત નિરીક્ષણ કરવું જેથી ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સિગ્નલને માપી શકે. શું કોઈ સરળ વિકલ્પ છે? વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાને ધ્યાનમાં લો.
જ્યારે થર્મિસ્ટર પર ડીસી વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે થર્મિસ્ટર દ્વારા વિદ્યુતપ્રવાહ આપોઆપ સ્કેલ કરે છે કારણ કે થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર બદલાય છે. હવે, સંદર્ભ રેઝિસ્ટરને બદલે ચોક્કસ માપન રેઝિસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને, તેનો હેતુ થર્મિસ્ટરમાંથી વહેતા પ્રવાહની ગણતરી કરવાનો છે, આમ થર્મિસ્ટર પ્રતિકારની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે. કારણ કે ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ એડીસી સંદર્ભ સંકેત તરીકે પણ થાય છે, કોઈ લાભના તબક્કાની જરૂર નથી. પ્રોસેસર પાસે થર્મિસ્ટર વોલ્ટેજનું નિરીક્ષણ કરવાનું, સિગ્નલનું સ્તર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ દ્વારા માપી શકાય છે કે કેમ તે નક્કી કરવાનું અને ડ્રાઇવ ગેઇન/વર્તમાન મૂલ્યને સમાયોજિત કરવાની જરૂર છે તેની ગણતરી કરવાનું કામ નથી. આ લેખમાં ઉપયોગમાં લેવાતી આ પદ્ધતિ છે.
જો થર્મિસ્ટર પાસે નાનું પ્રતિકાર રેટિંગ અને પ્રતિકાર રેન્જ હોય, તો વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાન ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ કિસ્સામાં, ડ્રાઇવ વર્તમાન અને ગેઇન સુધારી શકાય છે. આમ, આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે સર્કિટ હશે. આ પદ્ધતિ એ અનુકૂળ છે કે સેન્સર અને રેફરન્સ રેઝિસ્ટર દ્વારા વર્તમાનને નિયંત્રિત કરવું શક્ય છે, જે ઓછી શક્તિવાળા કાર્યક્રમોમાં મૂલ્યવાન છે. આ ઉપરાંત, થર્મિસ્ટરની સ્વ-ગરમી ઓછી કરવામાં આવે છે.
વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ નીચા પ્રતિકાર રેટિંગવાળા થર્મિસ્ટર્સ માટે પણ થઈ શકે છે. જો કે, વપરાશકર્તાએ હંમેશા ખાતરી કરવી જોઈએ કે સેન્સર દ્વારા વર્તમાન સેન્સર અથવા એપ્લિકેશન માટે ખૂબ વધારે નથી.
વોલ્ટેજ ઉત્તેજના મોટા પ્રતિકાર રેટિંગ અને વિશાળ તાપમાન શ્રેણી સાથે થર્મિસ્ટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે અમલીકરણને સરળ બનાવે છે. મોટા નજીવા પ્રતિકાર રેટ કરેલ વર્તમાનનું સ્વીકાર્ય સ્તર પૂરું પાડે છે. જો કે, ડિઝાઇનરોએ એ સુનિશ્ચિત કરવાની જરૂર છે કે એપ્લિકેશન દ્વારા સમર્થિત સમગ્ર તાપમાન શ્રેણી પર વર્તમાન સ્વીકાર્ય સ્તરે છે.
સિગ્મા-ડેલ્ટા એડીસી થર્મિસ્ટર માપન પ્રણાલી ડિઝાઇન કરતી વખતે ઘણા ફાયદા આપે છે. પ્રથમ, કારણ કે સિગ્મા-ડેલ્ટા એડીસી એનાલોગ ઇનપુટને ફરીથી નમૂના આપે છે, બાહ્ય ફિલ્ટરિંગને ન્યૂનતમ રાખવામાં આવે છે અને એકમાત્ર આવશ્યકતા સરળ આરસી ફિલ્ટરની છે. તેઓ ફિલ્ટર પ્રકાર અને આઉટપુટ બાઉડ દરમાં સુગમતા પ્રદાન કરે છે. બિલ્ટ-ઇન ડિજિટલ ફિલ્ટરિંગનો ઉપયોગ મુખ્ય સંચાલિત ઉપકરણોમાં કોઈપણ હસ્તક્ષેપને દબાવવા માટે થઈ શકે છે. 24-બીટ ઉપકરણો જેમ કે AD7124-4/AD7124-8 21.7 બિટ્સ સુધીનું સંપૂર્ણ રિઝોલ્યુશન ધરાવે છે, તેથી તેઓ ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન પ્રદાન કરે છે.
સિગ્મા-ડેલ્ટા એડીસીનો ઉપયોગ થર્મિસ્ટર ડિઝાઇનને મોટા પ્રમાણમાં સરળ બનાવે છે જ્યારે સ્પષ્ટીકરણ, સિસ્ટમની કિંમત, બોર્ડની જગ્યા અને માર્કેટ માટેનો સમય ઘટાડે છે.
આ લેખ એડીસી તરીકે AD7124-4/AD7124-8 નો ઉપયોગ કરે છે કારણ કે તે ઓછો અવાજ, ઓછો પ્રવાહ, બિલ્ટ-ઇન PGA, બિલ્ટ-ઇન સંદર્ભ, એનાલોગ ઇનપુટ અને સંદર્ભ બફર સાથે ચોકસાઇવાળા ADCs છે.
તમે ડ્રાઇવ વર્તમાન અથવા ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો કે કેમ તે ધ્યાનમાં લીધા વિના, રેશિયોમેટ્રિક ગોઠવણીની ભલામણ કરવામાં આવે છે જેમાં સંદર્ભ વોલ્ટેજ અને સેન્સર વોલ્ટેજ સમાન ડ્રાઇવ સ્ત્રોતમાંથી આવે છે. આનો અર્થ એ છે કે ઉત્તેજના સ્ત્રોતમાં કોઈપણ ફેરફાર માપનની ચોકસાઈને અસર કરશે નહીં.
અંજીર પર. 5 થર્મિસ્ટર અને પ્રિસિઝન રેઝિસ્ટર RREF માટે સતત ડ્રાઈવ કરંટ દર્શાવે 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 વર્તમાનમાં કોઈપણ ભૂલો દૂર કરવામાં આવશે. સામાન્ય રીતે, જ્યારે સેન્સર દૂરના સ્થાનો પર સ્થિત હોય ત્યારે બહેતર સંવેદનશીલતા નિયંત્રણ અને વધુ સારી અવાજ પ્રતિરક્ષાને કારણે વર્તમાન ઉત્તેજનાને વોલ્ટેજ ઉત્તેજના કરતાં પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. આ પ્રકારની પૂર્વગ્રહ પદ્ધતિનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે આરટીડી અથવા નીચા પ્રતિકારક મૂલ્યો ધરાવતા થર્મિસ્ટર્સ માટે થાય છે. જો કે, ઉચ્ચ પ્રતિકારક મૂલ્ય અને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા ધરાવતા થર્મિસ્ટર માટે, તાપમાનના દરેક ફેરફારથી ઉત્પન્ન થયેલ સિગ્નલ સ્તર મોટું હશે, તેથી વોલ્ટેજ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, 10 kΩ થર્મિસ્ટર 25 ° સે પર 10 kΩ નું પ્રતિકાર ધરાવે છે. -50°C પર, NTC થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર 441.117 kΩ છે. AD7124-4/AD7124-8 દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ 50 µA નું ન્યૂનતમ ડ્રાઈવ કરંટ 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V જનરેટ કરે છે, જે ખૂબ ઊંચું છે અને આ એપ્લિકેશન એરિયામાં ઉપયોગમાં લેવાતા મોટા ભાગના ઉપલબ્ધ ADCની ઓપરેટિંગ રેન્જની બહાર છે. થર્મિસ્ટર્સ પણ સામાન્ય રીતે જોડાયેલા હોય છે અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક્સની નજીક સ્થિત હોય છે, તેથી વર્તમાન ચલાવવા માટે પ્રતિરક્ષા જરૂરી નથી.
વોલ્ટેજ વિભાજક સર્કિટ તરીકે શ્રેણીમાં સેન્સ રેઝિસ્ટર ઉમેરવાથી થર્મિસ્ટર દ્વારા વર્તમાનને તેના ન્યૂનતમ પ્રતિકાર મૂલ્ય સુધી મર્યાદિત કરવામાં આવશે. આ રૂપરેખાંકનમાં, સેન્સ રેઝિસ્ટર RSENSE નું મૂલ્ય 25°C ના સંદર્ભ તાપમાન પર થર્મિસ્ટર પ્રતિકારના મૂલ્ય જેટલું હોવું જોઈએ, જેથી આઉટપુટ વોલ્ટેજ તેના નજીવા તાપમાને સંદર્ભ વોલ્ટેજના મધ્યબિંદુની બરાબર હશે. 25°CC એ જ રીતે, જો 25°C પર 10 kΩ ના પ્રતિકાર સાથે 10 kΩ થર્મિસ્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તો RSENSE 10 kΩ હોવો જોઈએ. જેમ જેમ તાપમાનમાં ફેરફાર થાય છે તેમ, NTC થર્મિસ્ટરનો પ્રતિકાર પણ બદલાય છે, અને સમગ્ર થર્મિસ્ટરમાં ડ્રાઇવ વોલ્ટેજનો ગુણોત્તર પણ બદલાય છે, પરિણામે આઉટપુટ વોલ્ટેજ NTC થર્મિસ્ટરના પ્રતિકારના પ્રમાણસર હોય છે.
જો થર્મિસ્ટર અને/અથવા RSENSE ને પાવર કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતો પસંદ કરેલ વોલ્ટેજ સંદર્ભ માપન માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ADC સંદર્ભ વોલ્ટેજ સાથે મેળ ખાતો હોય, તો સિસ્ટમ રેશિયોમેટ્રિક માપન (આકૃતિ 7) પર સેટ છે જેથી કરીને કોઈપણ ઉત્તેજના-સંબંધિત ભૂલ વોલ્ટેજ સ્ત્રોતને દૂર કરવા માટે પક્ષપાતી કરવામાં આવશે.
નોંધ કરો કે ક્યાં તો સેન્સ રેઝિસ્ટર (વોલ્ટેજ સંચાલિત) અથવા સંદર્ભ રેઝિસ્ટર (વર્તમાન સંચાલિત) પાસે પ્રારંભિક સહિષ્ણુતા અને ઓછી ડ્રિફ્ટ હોવી જોઈએ, કારણ કે બંને ચલ સમગ્ર સિસ્ટમની ચોકસાઈને અસર કરી શકે છે.
બહુવિધ થર્મિસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરતી વખતે, એક ઉત્તેજના વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જો કે, અંજીરમાં બતાવ્યા પ્રમાણે દરેક થર્મિસ્ટર પાસે તેનું પોતાનું ચોકસાઇ સેન્સ રેઝિસ્ટર હોવું આવશ્યક છે. 8. બીજો વિકલ્પ બાહ્ય મલ્ટિપ્લેક્સર અથવા ઓછા-પ્રતિરોધક સ્વિચનો ઉપયોગ ચાલુ સ્થિતિમાં કરવાનો છે, જે એક ચોકસાઇ સેન્સ રેઝિસ્ટરને શેર કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ રૂપરેખાંકન સાથે, જ્યારે માપવામાં આવે ત્યારે દરેક થર્મિસ્ટરને અમુક સ્થાયી સમયની જરૂર હોય છે.
સારાંશમાં, થર્મિસ્ટર-આધારિત તાપમાન માપન પ્રણાલીને ડિઝાઇન કરતી વખતે, ધ્યાનમાં લેવાના ઘણા પ્રશ્નો છે: સેન્સર પસંદગી, સેન્સર વાયરિંગ, ઘટકોની પસંદગી ટ્રેડ-ઓફ્સ, ADC રૂપરેખાંકન અને આ વિવિધ ચલો સિસ્ટમની એકંદર ચોકસાઈને કેવી રીતે અસર કરે છે. આ શ્રેણીનો આગળનો લેખ તમારા લક્ષ્ય પ્રદર્શનને હાંસલ કરવા માટે તમારી સિસ્ટમ ડિઝાઇન અને એકંદર સિસ્ટમ ભૂલ બજેટને કેવી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું તે સમજાવે છે.