Czujniki pola magnetycznego z serii Crocus CTSR2xxC zostały zaprojektowane do wykrywania pól o niskim natężeniu. Są około 15 razy bardziej dokładne od innych czujników używanych obecnie. W artykule przedstawiamy trzy popularne metody, które można wykorzystać w celu zmniejszenia wpływu temperatury na czujniki magnetyczne Crocus CTSR2xxC.
Czujniki pola magnetycznego firmy Crocus to elementy z czterema zaciskami. Dwa zaciski wejściowe i dwa zaciski wyjściowe są w pełni odizolowane elektrycznie. Dwa porty wejściowe służą do obciążenia czujnika, podczas gdy dwa porty wyjściowe VB oraz VBGND są podłączone do rezystora na wyjściu czujnika ROUT, którego rezystancja zmienia się pod wpływem pola magnetycznego. Rezystancja wyjściowa zmienia się również z temperaturą, dlatego potrzebna jest kompensacja wpływu temperatury.
Karta katalogowa CTSR218V-IQ2 pokazuje, że współczynnik temperaturowy jest ujemny. Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury rezystancja opornika ROUT na wyjściu czujnika maleje, co pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Rezystancja na wyjściu czujnika maleje wraz ze wzrostem temperatury
Jednostki występujące na osi y – ROUT/R25 – można wyjaśnić na następującym przykładzie: ROUT jest równa 18 kΩ w temperaturze 25ºC, zgodnie z danymi katalogowymi CTSR218V-IQ2. Wpływ zmiany temperatury z 25ºC do 70ºC można oszacować na podstawie wykresu 1: wartość ROUT/R25 dla temperatury 70ºC to około 0,95. Następujący wzór pozwala obliczyć rezystancję czujnika w temperaturze 70ºC:
Innym, bardziej dokładnym sposobem na obliczenie rezystancji w tej konkretnej temperaturze jest wykorzystanie współczynnika temperaturowego podanego w karcie katalogowej. Jednak najważniejszym pytaniem jest, w jaki sposób wpływ temperatury można zniwelować? Trzy metody zostały opisane poniżej.
Kompensacja mostkiem typu H
Jednym z prostych sposobów kompensacji temperatury jest skonstruowanie mostka H w oparciu o strukturę obwodu czujnika, jak na rysunku 2.
Rys. 2. Schemat mostka H zbudowanego z czujników
Zasada działania obwodu wynika z równania dzielnika napięcia:
Ponieważ rezystancja czujnika 1 (ROUT1) rośnie wraz z temperaturą, rezystancja czujnika 2 (ROUT2) również wzrośnie, ponieważ oba czujniki są wykonane z tego samego materiału i mają ten sam współczynnik temperaturowy. Napięcie wyjściowe nie zmieni się z temperaturą, gdyż zgodnie z równaniem dzielnika napięcia, napięcie wyjściowe pozostaje stałe, jeśli stosunek rezystancji ROUT2 do ROUT1 pozostaje stały.
Kompensacja przy użyciu opornika z dodatnim współczynnikiem temperaturowym
Idea wykorzystania innego opornika termicznego (TSR) polega na zniwelowaniu zmiany rezystancji czujnika w zależności od temperatury. Wymaga to użycia TSR o tym samym współczynniku temperaturowym, co czujnik, tylko z przeciwnym znakiem.
Jest możliwe dostrojenie współczynnika temperaturowego dokładnie do wymagań systemu poprzez dodanie kilku pasywnych elementów w obwodzie kompensacji.
Druga technika może być stosowana w układzie z jednym czujnikiem, w przeciwieństwie do poprzedniej metody opisanej powyżej. Druga metoda kompensacji została przedstawiona na rysunku 3.
Rys. 3. Obwód kompensacji wykorzystujący TSR
Rezystor przedstawiony na schemacie ma dodatni współczynnik temperaturowy równy 0,14%/ºC. Jak zostało wspomniane wcześniej, TSR musi być dopasowany do współczynnika temperaturowego czujnika równego -0,1%/ºC. Taki efekt można uzyskać poprzez dodanie rezystora szeregowego (RS) i rezystora równoległego (RP), jak widać na rysunku 3.
Wartości tych elementów zależą od wartości rezystancji TSR i jego współczynnika temperaturowego. Aby uprościć obliczenie wartości RS i RP, warto obliczyć wartość wyrażenia na współczynnik temperaturowy czujnika Crocus. Znalezienie liniowej zależności (nachylenia charakterystyki) w dowolnym zbiorze danych jest możliwe za pomocą arkusza programu Excel.
Rys. 4. Wartości rezystancji wyjściowej czujnika dla różnych temperatur
Pierwszym krokiem jest utworzenie tabeli wartości rezystancji wyjściowej czujnika dla różnych temperatur. Można je przedstawić na wykresie, takim jak rysunek 4.
Na rysunku 4. został również pokazany wykres sieci rezystancyjnej złożonej z TSR i włączonego równolegle rezystora RP. Wartość rezystora równoległego została określona w iteracyjnym procesie, aby uzyskać nachylenie zależności czujnika od temperatury, ale o przeciwnym znaku. Jak widać na wykresie 4, nachylenie dwóch wykresów liniowych jest takie samo, ale różni się znakiem.
Programowa kompensacja temperatury
Ta metoda polega na wykorzystaniu programu działającego na mikrokontrolerze. Na podstawie zmierzonej temperatury mikrokontroler odejmuje odpowiednią wartość od odczytu czujnika, uwzględniając znane efekty wpływu temperatury. Kompensacja ma wpływ na wynik końcowy, który jest wyświetlany w postaci cyfrowej.
Wszystkie trzy metody opisane w tym artykule będą działały prawidłowe z czujnikami pola magnetycznego Crocus, ponieważ wpływ temperatury na czujniki jest dokładnie określony i niezmienny.
