থার্মিস্টর-ভিত্তিক তাপমাত্রা পরিমাপ ব্যবস্থার অপ্টিমাইজেশন: একটি চ্যালেঞ্জ

এটি দুই পর্বের সিরিজের প্রথম প্রবন্ধ। এই প্রবন্ধে প্রথমে ইতিহাস এবং নকশার চ্যালেঞ্জগুলি নিয়ে আলোচনা করা হবেথার্মিস্টর-ভিত্তিক তাপমাত্রাপরিমাপ ব্যবস্থা, সেইসাথে রেজিস্ট্যান্স থার্মোমিটার (RTD) তাপমাত্রা পরিমাপ ব্যবস্থার সাথে তাদের তুলনা। এটি থার্মিস্টরের পছন্দ, কনফিগারেশন ট্রেড-অফ এবং এই প্রয়োগের ক্ষেত্রে সিগমা-ডেল্টা অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্টার (ADC) এর গুরুত্বও বর্ণনা করবে। দ্বিতীয় প্রবন্ধে চূড়ান্ত থার্মিস্টর-ভিত্তিক পরিমাপ ব্যবস্থা কীভাবে অপ্টিমাইজ এবং মূল্যায়ন করা যায় তা বিস্তারিতভাবে বর্ণনা করা হবে।
পূর্ববর্তী প্রবন্ধ সিরিজ, অপ্টিমাইজিং RTD টেম্পারেচার সেন্সর সিস্টেমস-এ বর্ণিত হিসাবে, একটি RTD হল একটি রোধক যার রোধ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। থার্মিস্টরগুলি RTD-এর মতোই কাজ করে। RTD-এর বিপরীতে, যার শুধুমাত্র একটি ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ থাকে, একটি থার্মিস্টরের একটি ধনাত্মক বা ঋণাত্মক তাপমাত্রা সহগ থাকতে পারে। নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ (NTC) থার্মিস্টরগুলি তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে, যখন ধনাত্মক তাপমাত্রা সহগ (PTC) থার্মিস্টরগুলি তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে। চিত্র 1-এ সাধারণ NTC এবং PTC থার্মিস্টরের প্রতিক্রিয়া বৈশিষ্ট্যগুলি দেখানো হয়েছে এবং তাদের RTD বক্ররেখার সাথে তুলনা করা হয়েছে।
তাপমাত্রার পরিসরের দিক থেকে, RTD বক্ররেখা প্রায় রৈখিক, এবং সেন্সরটি থার্মিস্টরের তুলনায় অনেক বেশি তাপমাত্রার পরিসীমা কভার করে (সাধারণত -200°C থেকে +850°C) কারণ থার্মিস্টরের অ-রৈখিক (এক্সপোনেনশিয়াল) প্রকৃতি থাকে। RTD গুলি সাধারণত সুপরিচিত মানসম্মত বক্ররেখায় সরবরাহ করা হয়, যখন থার্মিস্টর বক্ররেখা নির্মাতার দ্বারা পরিবর্তিত হয়। আমরা এই নিবন্ধের থার্মিস্টর নির্বাচন নির্দেশিকা বিভাগে এটি বিস্তারিতভাবে আলোচনা করব।
থার্মিস্টরগুলি যৌগিক উপকরণ, সাধারণত সিরামিক, পলিমার, অথবা সেমিকন্ডাক্টর (সাধারণত ধাতব অক্সাইড) এবং বিশুদ্ধ ধাতু (প্ল্যাটিনাম, নিকেল, অথবা তামা) দিয়ে তৈরি। থার্মিস্টরগুলি RTD-এর তুলনায় দ্রুত তাপমাত্রার পরিবর্তন সনাক্ত করতে পারে, যা দ্রুত প্রতিক্রিয়া প্রদান করে। অতএব, থার্মিস্টরগুলি সাধারণত সেন্সর দ্বারা এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে কম খরচ, ছোট আকার, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং সীমিত তাপমাত্রা পরিসরের প্রয়োজন হয়, যেমন ইলেকট্রনিক্স নিয়ন্ত্রণ, বাড়ি এবং ভবন নিয়ন্ত্রণ, বৈজ্ঞানিক পরীক্ষাগার, অথবা বাণিজ্যিক বা শিল্প অ্যাপ্লিকেশনে থার্মোকপলের জন্য ঠান্ডা জংশন ক্ষতিপূরণ। অ্যাপ্লিকেশন।
বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, NTC থার্মিস্টরগুলি সঠিক তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়, PTC থার্মিস্টর নয়। কিছু PTC থার্মিস্টর পাওয়া যায় যা ওভারকারেন্ট সুরক্ষা সার্কিটে বা সুরক্ষা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য রিসেটযোগ্য ফিউজ হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি PTC থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্স-টেম্পারেচার বক্ররেখা সুইচ পয়েন্টে (অথবা কিউরি পয়েন্ট) পৌঁছানোর আগে একটি খুব ছোট NTC অঞ্চল দেখায়, যার উপরে রেজিস্ট্যান্স কয়েক ডিগ্রি সেলসিয়াসের পরিসরে তীব্রভাবে বৃদ্ধি পায়। ওভারকারেন্ট পরিস্থিতিতে, সুইচিং তাপমাত্রা অতিক্রম করলে PTC থার্মিস্টর শক্তিশালী স্ব-তাপ তৈরি করবে এবং এর রেজিস্ট্যান্স তীব্রভাবে বৃদ্ধি পাবে, যা সিস্টেমে ইনপুট কারেন্ট হ্রাস করবে, যার ফলে ক্ষতি রোধ করবে। PTC থার্মিস্টরের সুইচিং পয়েন্ট সাধারণত 60°C এবং 120°C এর মধ্যে থাকে এবং বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনে তাপমাত্রা পরিমাপ নিয়ন্ত্রণের জন্য উপযুক্ত নয়। এই নিবন্ধটি NTC থার্মিস্টরগুলির উপর আলোকপাত করে, যা সাধারণত -80°C থেকে +150°C পর্যন্ত তাপমাত্রা পরিমাপ বা নিরীক্ষণ করতে পারে। NTC থার্মিস্টরগুলির প্রতিরোধের রেটিং 25°C তাপমাত্রায় কয়েক ওহম থেকে 10 MΩ পর্যন্ত হয়। চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে, থার্মিস্টরের জন্য প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াসে প্রতিরোধের পরিবর্তন প্রতিরোধের থার্মোমিটারের তুলনায় বেশি স্পষ্ট। থার্মিস্টরের তুলনায়, থার্মিস্টরের উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং উচ্চ প্রতিরোধের মান এর ইনপুট সার্কিটিকে সহজ করে তোলে, কারণ থার্মিস্টরগুলিকে সীসা প্রতিরোধের ক্ষতিপূরণ দেওয়ার জন্য 3-তার বা 4-তারের মতো কোনও বিশেষ তারের কনফিগারেশনের প্রয়োজন হয় না। থার্মিস্টর ডিজাইনে শুধুমাত্র একটি সাধারণ 2-তারের কনফিগারেশন ব্যবহার করা হয়।
উচ্চ-নির্ভুলতা থার্মিস্টর-ভিত্তিক তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে, সুনির্দিষ্ট সংকেত প্রক্রিয়াকরণ, অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তর, রৈখিকীকরণ এবং ক্ষতিপূরণ প্রয়োজন।
যদিও সিগন্যাল চেইনটি সহজ মনে হতে পারে, তবুও বেশ কিছু জটিলতা রয়েছে যা পুরো মাদারবোর্ডের আকার, খরচ এবং কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে। ADI-এর নির্ভুল ADC পোর্টফোলিওতে AD7124-4/AD7124-8 এর মতো বেশ কয়েকটি সমন্বিত সমাধান অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, যা তাপীয় সিস্টেম ডিজাইনের জন্য বেশ কয়েকটি সুবিধা প্রদান করে কারণ একটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় বেশিরভাগ বিল্ডিং ব্লক অন্তর্নির্মিত। তবে, থার্মিস্টর-ভিত্তিক তাপমাত্রা পরিমাপ সমাধান ডিজাইন এবং অপ্টিমাইজ করার ক্ষেত্রে বিভিন্ন চ্যালেঞ্জ রয়েছে।
এই প্রবন্ধে এই প্রতিটি সমস্যা নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে এবং সেগুলি সমাধানের জন্য এবং এই ধরনের সিস্টেমের নকশা প্রক্রিয়া আরও সহজ করার জন্য সুপারিশ প্রদান করা হয়েছে।
বিভিন্ন ধরণের আছেএনটিসি থার্মিস্টরআজ বাজারে, তাই আপনার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সঠিক থার্মিস্টর নির্বাচন করা একটি কঠিন কাজ হতে পারে। মনে রাখবেন যে থার্মিস্টরগুলি তাদের নামমাত্র মান অনুসারে তালিকাভুক্ত করা হয়, যা 25°C তাপমাত্রায় তাদের নামমাত্র প্রতিরোধ। অতএব, একটি 10 kΩ থার্মিস্টরের 25°C তাপমাত্রায় 10 kΩ এর নামমাত্র প্রতিরোধ থাকে। থার্মিস্টরের নামমাত্র বা মৌলিক প্রতিরোধের মান কয়েক ওহম থেকে 10 MΩ পর্যন্ত থাকে। কম প্রতিরোধের রেটিং (10 kΩ বা তার কম নামমাত্র প্রতিরোধের) সহ থার্মিস্টরগুলি সাধারণত নিম্ন তাপমাত্রার রেঞ্জ সমর্থন করে, যেমন -50°C থেকে +70°C। উচ্চ প্রতিরোধের রেটিং সহ থার্মিস্টরগুলি 300°C পর্যন্ত তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে।
থার্মিস্টর উপাদানটি ধাতব অক্সাইড দিয়ে তৈরি। থার্মিস্টরগুলি বল, রেডিয়াল এবং SMD আকারে পাওয়া যায়। অতিরিক্ত সুরক্ষার জন্য থার্মিস্টর পুঁতিগুলি ইপোক্সি লেপা বা কাচের আবরণযুক্ত। ইপোক্সি লেপা বল থার্মিস্টর, রেডিয়াল এবং সারফেস থার্মিস্টরগুলি 150°C পর্যন্ত তাপমাত্রার জন্য উপযুক্ত। কাচের পুঁতির থার্মিস্টরগুলি উচ্চ তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য উপযুক্ত। সমস্ত ধরণের আবরণ/প্যাকেজিং ক্ষয় থেকেও রক্ষা করে। কিছু থার্মিস্টরে কঠোর পরিবেশে অতিরিক্ত সুরক্ষার জন্য অতিরিক্ত আবরণও থাকবে। পুঁতির থার্মিস্টরের রেডিয়াল/SMD থার্মিস্টরের তুলনায় দ্রুত প্রতিক্রিয়া সময় থাকে। তবে, এগুলি ততটা টেকসই নয়। অতএব, ব্যবহৃত থার্মিস্টরের ধরণ শেষ প্রয়োগ এবং থার্মিস্টরটি কোন পরিবেশে অবস্থিত তার উপর নির্ভর করে। একটি থার্মিস্টরের দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব তার উপাদান, প্যাকেজিং এবং নকশার উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইপোক্সি-কোটেড এনটিসি থার্মিস্টর প্রতি বছর 0.2°C পরিবর্তন করতে পারে, যেখানে একটি সিল করা থার্মিস্টর প্রতি বছর কেবল 0.02°C পরিবর্তন করে।
থার্মিস্টর বিভিন্ন নির্ভুলতার মধ্যে আসে। স্ট্যান্ডার্ড থার্মিস্টরগুলির যথার্থতা সাধারণত 0.5°C থেকে 1.5°C হয়। থার্মিস্টর প্রতিরোধের রেটিং এবং বিটা মান (25°C থেকে 50°C/85°C অনুপাত) এর সহনশীলতা থাকে। মনে রাখবেন যে থার্মিস্টরের বিটা মান প্রস্তুতকারকের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, বিভিন্ন নির্মাতার 10 kΩ NTC থার্মিস্টরের বিটা মান ভিন্ন হবে। আরও সঠিক সিস্টেমের জন্য, Omega™ 44xxx সিরিজের মতো থার্মিস্টর ব্যবহার করা যেতে পারে। 0°C থেকে 70°C তাপমাত্রার পরিসরে তাদের যথার্থতা 0.1°C বা 0.2°C। অতএব, পরিমাপ করা যেতে পারে এমন তাপমাত্রার পরিসর এবং সেই তাপমাত্রার পরিসরে প্রয়োজনীয় নির্ভুলতা নির্ধারণ করে যে থার্মিস্টরগুলি এই অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত কিনা। দয়া করে মনে রাখবেন যে Omega 44xxx সিরিজের যথার্থতা যত বেশি হবে, খরচ তত বেশি হবে।
প্রতিরোধকে ডিগ্রি সেলসিয়াসে রূপান্তর করতে সাধারণত বিটা মান ব্যবহার করা হয়। দুটি তাপমাত্রা বিন্দু এবং প্রতিটি তাপমাত্রা বিন্দুতে সংশ্লিষ্ট প্রতিরোধকে জেনে বিটা মান নির্ধারণ করা হয়।
RT1 = তাপমাত্রা প্রতিরোধ 1 RT2 = তাপমাত্রা প্রতিরোধ 2 T1 = তাপমাত্রা 1 (K) T2 = তাপমাত্রা 2 (K)
ব্যবহারকারী প্রকল্পে ব্যবহৃত তাপমাত্রা পরিসরের সবচেয়ে কাছাকাছি বিটা মান ব্যবহার করেন। বেশিরভাগ থার্মিস্টর ডেটাশিটে ২৫°C তাপমাত্রায় প্রতিরোধ সহনশীলতা এবং বিটা মানের জন্য সহনশীলতা সহ একটি বিটা মান তালিকাভুক্ত করা হয়।
উচ্চতর নির্ভুলতা থার্মিস্টর এবং উচ্চ নির্ভুলতা সমাপ্তি সমাধান যেমন ওমেগা 44xxx সিরিজ স্টেইনহার্ট-হার্ট সমীকরণ ব্যবহার করে প্রতিরোধকে ডিগ্রি সেলসিয়াসে রূপান্তর করে। সমীকরণ 2-এর জন্য সেন্সর প্রস্তুতকারকের দ্বারা সরবরাহ করা তিনটি ধ্রুবক A, B এবং C প্রয়োজন। যেহেতু সমীকরণ সহগগুলি তিনটি তাপমাত্রা বিন্দু ব্যবহার করে তৈরি করা হয়, ফলস্বরূপ সমীকরণটি রৈখিকীকরণ (সাধারণত 0.02 °C) দ্বারা প্রবর্তিত ত্রুটিকে কমিয়ে দেয়।
A, B এবং C হল তিনটি তাপমাত্রা সেটপয়েন্ট থেকে প্রাপ্ত ধ্রুবক। R = ওহমে থার্মিস্টর রেজিস্ট্যান্স T = K ডিগ্রিতে তাপমাত্রা
চিত্র ৩-এ সেন্সরের বর্তমান উত্তেজনা দেখানো হয়েছে। থার্মিস্টরে ড্রাইভ কারেন্ট প্রয়োগ করা হয় এবং একই কারেন্ট প্রিসিশন রেজিস্টারে প্রয়োগ করা হয়; পরিমাপের জন্য একটি প্রিসিশন রেজিস্টার রেফারেন্স হিসেবে ব্যবহার করা হয়। রেফারেন্স রেজিস্টারের মান অবশ্যই থার্মিস্টর রেজিস্ট্যান্সের সর্বোচ্চ মানের চেয়ে বেশি বা সমান হতে হবে (সিস্টেমে পরিমাপ করা সর্বনিম্ন তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে)।
উত্তেজনা প্রবাহ নির্বাচন করার সময়, থার্মিস্টরের সর্বোচ্চ প্রতিরোধের বিষয়টি আবারও বিবেচনায় নিতে হবে। এটি নিশ্চিত করে যে সেন্সর এবং রেফারেন্স প্রতিরোধকের জুড়ে ভোল্টেজ সর্বদা ইলেকট্রনিক্সের জন্য গ্রহণযোগ্য স্তরে থাকে। ফিল্ড কারেন্ট উৎসের জন্য কিছু হেডরুম বা আউটপুট ম্যাচিং প্রয়োজন। যদি সর্বনিম্ন পরিমাপযোগ্য তাপমাত্রায় থার্মিস্টরের উচ্চ প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে, তাহলে এর ফলে খুব কম ড্রাইভ কারেন্ট তৈরি হবে। অতএব, উচ্চ তাপমাত্রায় থার্মিস্টর জুড়ে উৎপন্ন ভোল্টেজ কম। এই নিম্ন স্তরের সংকেতগুলির পরিমাপ অপ্টিমাইজ করার জন্য প্রোগ্রামেবল লাভ পর্যায়গুলি ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, লাভটি গতিশীলভাবে প্রোগ্রাম করা উচিত কারণ থার্মিস্টর থেকে সংকেত স্তর তাপমাত্রার সাথে ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়।
আরেকটি বিকল্প হল লাভ নির্ধারণ করা কিন্তু গতিশীল ড্রাইভ কারেন্ট ব্যবহার করা। অতএব, থার্মিস্টর থেকে সিগন্যালের স্তর পরিবর্তনের সাথে সাথে ড্রাইভ কারেন্টের মান গতিশীলভাবে পরিবর্তিত হয় যাতে থার্মিস্টর জুড়ে বিকশিত ভোল্টেজ ইলেকট্রনিক ডিভাইসের নির্দিষ্ট ইনপুট পরিসরের মধ্যে থাকে। ব্যবহারকারীকে নিশ্চিত করতে হবে যে রেফারেন্স রেজিস্টার জুড়ে বিকশিত ভোল্টেজটিও ইলেকট্রনিক্সের কাছে গ্রহণযোগ্য স্তরে রয়েছে। উভয় বিকল্পের জন্য থার্মিস্টর জুড়ে ভোল্টেজের উচ্চ স্তরের নিয়ন্ত্রণ, ধ্রুবক পর্যবেক্ষণ প্রয়োজন যাতে ইলেকট্রনিক্স সংকেত পরিমাপ করতে পারে। এর চেয়ে সহজ বিকল্প কি আছে? ভোল্টেজ উত্তেজনা বিবেচনা করুন।
যখন থার্মিস্টরে ডিসি ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, তখন থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্স পরিবর্তনের সাথে সাথে থার্মিস্টরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট স্বয়ংক্রিয়ভাবে স্কেল হয়। এখন, রেফারেন্স রেজিস্টরের পরিবর্তে একটি নির্ভুল পরিমাপক রোধক ব্যবহার করে, এর উদ্দেশ্য হল থার্মিস্টরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট গণনা করা, যার ফলে থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্স গণনা করা সম্ভব হয়। যেহেতু ড্রাইভ ভোল্টেজটি ADC রেফারেন্স সিগন্যাল হিসাবেও ব্যবহৃত হয়, তাই কোনও লাভ পর্যায়ের প্রয়োজন হয় না। প্রসেসরের থার্মিস্টরের ভোল্টেজ পর্যবেক্ষণ করা, ইলেকট্রনিক্স দ্বারা সিগন্যালের স্তর পরিমাপ করা যায় কিনা তা নির্ধারণ করা এবং কোন ড্রাইভ লাভ/কারেন্ট মান সামঞ্জস্য করা প্রয়োজন তা গণনা করা কাজ নয়। এই নিবন্ধে ব্যবহৃত পদ্ধতিটি এই।
যদি থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্স রেটিং এবং রেজিস্ট্যান্স রেঞ্জ কম থাকে, তাহলে ভোল্টেজ বা কারেন্ট এক্সাইটেশন ব্যবহার করা যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে, ড্রাইভ কারেন্ট এবং গেইন ঠিক করা যেতে পারে। সুতরাং, সার্কিটটি চিত্র 3-তে দেখানো মতো হবে। এই পদ্ধতিটি সুবিধাজনক কারণ সেন্সর এবং রেফারেন্স রেজিস্টরের মাধ্যমে কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব, যা কম পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে মূল্যবান। এছাড়াও, থার্মিস্টরের স্ব-তাপীকরণ কমানো হয়।
কম প্রতিরোধের রেটিং সহ থার্মিস্টরগুলির জন্যও ভোল্টেজ উত্তেজনা ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, ব্যবহারকারীকে সর্বদা নিশ্চিত করতে হবে যে সেন্সরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত বিদ্যুৎ সেন্সর বা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য খুব বেশি নয়।
বৃহৎ প্রতিরোধের রেটিং এবং বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসরের থার্মিস্টর ব্যবহার করার সময় ভোল্টেজ উত্তেজনা বাস্তবায়নকে সহজ করে তোলে। বৃহৎ নামমাত্র প্রতিরোধের একটি গ্রহণযোগ্য স্তরের রেটযুক্ত কারেন্ট প্রদান করে। তবে, ডিজাইনারদের নিশ্চিত করতে হবে যে অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা সমর্থিত সমগ্র তাপমাত্রা পরিসরের উপর কারেন্টটি গ্রহণযোগ্য স্তরে রয়েছে।
সিগমা-ডেল্টা এডিসি থার্মিস্টর পরিমাপ ব্যবস্থা ডিজাইন করার সময় বেশ কিছু সুবিধা প্রদান করে। প্রথমত, যেহেতু সিগমা-ডেল্টা এডিসি অ্যানালগ ইনপুট পুনরায় নমুনা করে, তাই বহিরাগত ফিল্টারিং সর্বনিম্ন রাখা হয় এবং একমাত্র প্রয়োজন হল একটি সাধারণ আরসি ফিল্টার। তারা ফিল্টারের ধরণ এবং আউটপুট বড রেটে নমনীয়তা প্রদান করে। মেইন চালিত ডিভাইসগুলিতে যেকোনো হস্তক্ষেপ দমন করতে অন্তর্নির্মিত ডিজিটাল ফিল্টারিং ব্যবহার করা যেতে পারে। AD7124-4/AD7124-8 এর মতো 24-বিট ডিভাইসগুলির পূর্ণ রেজোলিউশন 21.7 বিট পর্যন্ত থাকে, তাই তারা উচ্চ রেজোলিউশন প্রদান করে।
সিগমা-ডেল্টা এডিসি ব্যবহার থার্মিস্টর ডিজাইনকে ব্যাপকভাবে সরল করে, একই সাথে স্পেসিফিকেশন, সিস্টেম খরচ, বোর্ড স্পেস এবং বাজারজাতকরণের সময় কমিয়ে দেয়।
এই নিবন্ধে AD7124-4/AD7124-8 কে ADC হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে কারণ এগুলি কম শব্দ, কম কারেন্ট, নির্ভুল ADC যার মধ্যে বিল্ট-ইন PGA, বিল্ট-ইন রেফারেন্স, অ্যানালগ ইনপুট এবং রেফারেন্স বাফার রয়েছে।
আপনি ড্রাইভ কারেন্ট বা ড্রাইভ ভোল্টেজ যাই ব্যবহার করুন না কেন, একটি রেটিওমেট্রিক কনফিগারেশন সুপারিশ করা হয় যেখানে রেফারেন্স ভোল্টেজ এবং সেন্সর ভোল্টেজ একই ড্রাইভ উৎস থেকে আসে। এর অর্থ হল উত্তেজনা উৎসের কোনও পরিবর্তন পরিমাপের নির্ভুলতার উপর প্রভাব ফেলবে না।
চিত্র ৫-এ থার্মিস্টর এবং নির্ভুলতা প্রতিরোধক RREF-এর জন্য ধ্রুবক ড্রাইভ কারেন্ট দেখানো হয়েছে, RREF জুড়ে বিকশিত ভোল্টেজ হল থার্মিস্টর পরিমাপের জন্য রেফারেন্স ভোল্টেজ।
ফিল্ড কারেন্ট সঠিক হতে হবে না এবং কম স্থিতিশীল হতে পারে কারণ এই কনফিগারেশনে ফিল্ড কারেন্টের যেকোনো ত্রুটি দূর করা হবে। সাধারণত, উচ্চতর সংবেদনশীলতা নিয়ন্ত্রণ এবং দূরবর্তী স্থানে সেন্সর স্থাপনের সময় উন্নত শব্দ প্রতিরোধ ক্ষমতার কারণে ভোল্টেজ উত্তেজনার চেয়ে কারেন্ট উত্তেজনাকে অগ্রাধিকার দেওয়া হয়। এই ধরণের বায়াস পদ্ধতি সাধারণত কম প্রতিরোধের মান সহ RTD বা থার্মিস্টরের জন্য ব্যবহৃত হয়। তবে, উচ্চতর প্রতিরোধের মান এবং উচ্চতর সংবেদনশীলতা সহ একটি থার্মিস্টরের জন্য, প্রতিটি তাপমাত্রা পরিবর্তনের ফলে উৎপন্ন সংকেত স্তর বেশি হবে, তাই ভোল্টেজ উত্তেজনা ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, 10 kΩ থার্মিস্টরের 25°C তাপমাত্রায় 10 kΩ প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকে। -50°C তাপমাত্রায়, NTC থার্মিস্টরের প্রতিরোধ ক্ষমতা 441.117 kΩ। AD7124-4/AD7124-8 দ্বারা প্রদত্ত ন্যূনতম 50 µA ড্রাইভ কারেন্ট 441.117 kΩ × 50 µA = 22 V উৎপন্ন করে, যা খুব বেশি এবং এই অ্যাপ্লিকেশন এলাকায় ব্যবহৃত বেশিরভাগ উপলব্ধ ADC-এর অপারেটিং রেঞ্জের বাইরে। থার্মিস্টরগুলিও সাধারণত সংযুক্ত থাকে বা ইলেকট্রনিক্সের কাছাকাছি অবস্থিত থাকে, তাই ড্রাইভ কারেন্টের প্রতি অনাক্রম্যতা প্রয়োজন হয় না।
ভোল্টেজ ডিভাইডার সার্কিট হিসেবে সিরিজে একটি সেন্স রেজিস্টার যোগ করলে থার্মিস্টরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট তার ন্যূনতম রেজিস্ট্যান্স মানের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকবে। এই কনফিগারেশনে, সেন্স রেজিস্টার RSENSE এর মান 25°C রেফারেন্স তাপমাত্রায় থার্মিস্টর রেজিস্ট্যান্সের মানের সমান হতে হবে, যাতে আউটপুট ভোল্টেজ 25°CC এর নামমাত্র তাপমাত্রায় রেফারেন্স ভোল্টেজের মধ্যবিন্দুর সমান হয়। একইভাবে, যদি 25°C এ 10 kΩ রেজিস্ট্যান্স সহ 10 kΩ থার্মিস্টর ব্যবহার করা হয়, তাহলে RSENSE 10 kΩ হওয়া উচিত। তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে সাথে NTC থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্সও পরিবর্তিত হয় এবং থার্মিস্টরের উপর ড্রাইভ ভোল্টেজের অনুপাতও পরিবর্তিত হয়, যার ফলে আউটপুট ভোল্টেজ NTC থার্মিস্টরের রেজিস্ট্যান্সের সমানুপাতিক হয়।
যদি থার্মিস্টর এবং/অথবা RSENSE কে পাওয়ার করার জন্য ব্যবহৃত নির্বাচিত ভোল্টেজ রেফারেন্স পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত ADC রেফারেন্স ভোল্টেজের সাথে মিলে যায়, তাহলে সিস্টেমটি রেটিওমেট্রিক পরিমাপে সেট করা হয় (চিত্র 7) যাতে উত্তেজনা-সম্পর্কিত ত্রুটি ভোল্টেজ উৎস অপসারণের জন্য পক্ষপাতদুষ্ট হয়।
মনে রাখবেন যে সেন্স রেজিস্টার (ভোল্টেজ চালিত) অথবা রেফারেন্স রেজিস্টার (কারেন্ট চালিত) এর প্রাথমিক সহনশীলতা কম এবং প্রবাহ কম হওয়া উচিত, কারণ উভয় ভেরিয়েবলই সমগ্র সিস্টেমের নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করতে পারে।
একাধিক থার্মিস্টর ব্যবহার করার সময়, একটি উত্তেজনা ভোল্টেজ ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, প্রতিটি থার্মিস্টরের নিজস্ব স্পষ্টতা সংবেদন প্রতিরোধক থাকতে হবে, যেমনটি চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে। আরেকটি বিকল্প হল একটি বহিরাগত মাল্টিপ্লেক্সার বা কম-প্রতিরোধের সুইচ ব্যবহার করা যা অন অবস্থায় থাকে, যা একটি স্পষ্টতা সংবেদন প্রতিরোধক ভাগ করে নেওয়ার অনুমতি দেয়। এই কনফিগারেশনের সাথে, প্রতিটি থার্মিস্টরকে পরিমাপ করার সময় কিছু স্থির সময় প্রয়োজন।
সংক্ষেপে, একটি থার্মিস্টর-ভিত্তিক তাপমাত্রা পরিমাপ সিস্টেম ডিজাইন করার সময়, অনেকগুলি প্রশ্ন বিবেচনা করতে হয়: সেন্সর নির্বাচন, সেন্সর ওয়্যারিং, উপাদান নির্বাচন ট্রেড-অফ, ADC কনফিগারেশন, এবং কীভাবে এই বিভিন্ন ভেরিয়েবলগুলি সিস্টেমের সামগ্রিক নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে। এই সিরিজের পরবর্তী নিবন্ধে ব্যাখ্যা করা হয়েছে যে কীভাবে আপনার সিস্টেম ডিজাইন এবং সামগ্রিক সিস্টেম ত্রুটি বাজেটকে আপনার লক্ষ্য কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য অপ্টিমাইজ করা যায়।