Calibración de ADC para mediciones de temperatura sin calibración

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Tengo una aplicación para un sistema de medición de temperatura por Bluetooth con batería completamente sellada de 10 años que ofrece una precisión de +/- 0.5C en un rango de 0C a 50C. El dispositivo no puede calibrarse durante su vida útil, y prefiero no calibrar en producción. La solución más simple es algo así como un Si7054, que tiene una precisión de +/- 0.4C y una deriva de 0.01C por año = +/- 0.5C. Genial. $ 1.20 / 1K unidades.

Sin embargo, ¿puedo hacerlo mejor / más barato con resistencias fijas, un termistor NTC y una medición radiométrica utilizando un ADC integrado? Por ejemplo:

NTC Thermistor:0.5% 100K, Beta 0.5%, $0.174/1K (TDK NTCG104ED104DT1X)
Resistor 0.1% 100K, 25ppm/C = 0.1625% $0.066/1K (ARCOL APC0603B100KN)

Estimación de la precisión total ~ 1.1625%, cuesta $ 0.24

Ahora la parte mala: el nrf52810 BLE IC tiene un error de +/- 3% en el ADC de 12 bits después de su calibración interna. El error del sistema es > 4.2% una vez que contabiliza la propagación de errores. Tengo entendido que los sensores NTC cambian ~ 4-5% / C, por lo que ahora tenemos un error de ~ +/- 1C. Darn.

¿Hay una forma sencilla de calibrar este error? El nRF52 puede realizar una calibración de error de compensación interna contra el suelo. Parece que el uso de divisores de resistencia de precisión o referencias de voltaje fijo para proporcionar un segundo punto de referencia me permitiría descubrir el error de ganancia y obtener suficiente precisión. ¿Me estoy perdiendo algo aquí? ¿Alguna otra fuente de error? ¿Palabras de sabiduría de los experimentados?

    
pregunta QuestionMan

2 respuestas

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Sí, puedes hacer esto, pero sugeriría usar el tiempo en lugar de un ADC si es posible. Especialmente si necesita medir un amplio rango, ya que rápidamente se quedará sin resolución con un termistor debido a su no linealidad.

La idea general es cambiar el mismo circuito entre la medición de una resistencia de referencia bastante precisa seleccionada para estar cerca de la escala media o la resistencia correspondiente a la temperatura más importante y medir el sensor. Eso elimina la mayoría de los errores y no necesita un voltaje de referencia de precisión ni mucho más.

También puede hacer eso con un ADC, especialmente si tiene acceso a la referencia para realizar una medición radiométrica completa (eliminando el valor absoluto de la referencia). Sin embargo, podría tener problemas con la linealidad del ADC, dependiendo de cómo se haga. En lugar de usar la misma resistencia de la serie (que sería, en teoría, mejor), podría usar un par adicional y reforzar la tolerancia (el 0,1% es bastante barato en estos días).

Prácticamente todos los circuitos de medición de temperatura baratos en bienes de consumo (< 100 ° C o menos) funcionan con el método del tiempo (frecuencia).

Sin embargo, según ciertas experiencias, no confío especialmente en los termistores a temperaturas más altas. Puedes evaluar ese riesgo por ti mismo.

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Como Spehro Pefhany ya ha señalado, un oscilador de relajación es una buena idea. Funciona de la misma manera que un botón táctil capacitivo, pero donde la resistencia está cambiando la constante de tiempo RC en lugar de la capacitancia. Esto significa que puede reutilizar implementaciones táctiles capacitivas como este , aunque necesitará una fuente de corriente externa (no disponible en el nRF52810).

Si desea utilizar el SAADC en su lugar, necesitará usar entradas diferenciales, calibrar el desplazamiento del SAADC en un intervalo de unos pocos grados y sobreexplotar mucho. El SAADC está calibrado por temperatura en producción a partir de la fábrica. Con un puente de Wheatstone y VDD / 4 como referencia de voltaje, puede obtener resultados sorprendentemente precisos.

Si conoce la respuesta térmica de la resistencia, puede establecer el rango de operación del sensor con las otras resistencias en el puente de piedra de trigo, aumentando así la resolución. También podrá compensar la no linealidad en SW. El SAADC de la serie nRF52 puede manejar fuentes de < 1µA a bajas frecuencias de muestreo, lo que significa que puede obtener una batería extremadamente larga.

    
respondido por el MaliceInWonderland

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