Simulation eines Anemometers mit konstanter Temperatur

Ich versuche, die Ergebnisse zu simulieren, die ich sehe, wenn ich eine Anemometerschaltung mit konstanter Temperatur verwende, um den Luftstrom zu erfassen. Eine ausgezeichnete Diskussion finden Sie unter: arduino thermal anemometer .

Hier ist meine simulierte Schaltung: https://www.circuitlab.com/circuit/ttr9y3/simple_cta/ CTA-Schaltung

Das Grundprinzip des FS5-Sensors (so wie ich es verstehe) besteht darin, dass es 2 Widerstände gibt, 1 zum Erhitzen (RH = 45 Ohm) und 1 zum Temperaturfühlen (RS = 1200 Ohm). Die Schaltung ist so ausgelegt, dass eine konstante Temperaturdifferenz aufrechterhalten wird, dh wenn Luft durch den Messwiderstand strömt, sinkt sein Widerstand, die Brücke wird unsymmetrisch, der Operationsverstärker aktiviert den Transistor, wodurch Strom in den Heizwiderstand gezogen werden kann in einem Versuch, die Brücke wieder auszubalancieren. Daher ist die Brückenspannung proportional zum Luftstrom.

Ich erhalte in der Praxis mit Vout=5V-10V je nach Durchfluss die richtigen Ergebnisse und in Ruhe lese ich:

  • Vout = 5V
  • AM2 = 40mA
  • RS = 1500 Ohm
  • RH = 65 Ohm

Wenn ich jedoch versuche, dies zu simulieren, erhalte ich Vout = 9,2 V und AM2 = 82 mA! Der DC-Sweep sollte zeigen, dass Vout mit abnehmendem RS zunimmt, aber auch dies ist nicht der Fall.

Das nervt mich schon seit einiger Zeit, bitte helfen Sie mir zu verstehen, warum diese Schaltung in der Realität funktioniert, aber nicht in der Theorie! Was mache ich falsch??

Antworten (2)

Wenn Vout 9,2 V beträgt, sättigt der Ausgang des Operationsverstärkers hart gegen die 10-V-Schiene. Dies liegt wahrscheinlich an der Tatsache, dass die Verwendung von Festwiderständen in einer Simulation die Schleife niemals ins Gleichgewicht bringen wird, dh der Operationsverstärker wird immer unsymmetrisch sein, da RS bei genau 1500 Ohm bleibt und sich bei steigender Temperatur nicht ändert.

Wie würde es wissen, dass die lokale Temperatur gestiegen ist, entweder: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt nichts an RS, was es zu etwas anderem als einem perfekten 1500-Ohm-Widerstand macht - in Wirklichkeit ändert RS seinen Wert mit Temperaturänderungen und bei einer bestimmten Menge an Ausgangsstrom wird RS auf einen Wert erwärmt, bei dem die gesamte Schaltung ein Gleichgewicht erreicht.

Gleichgewicht ist, wenn die Brücke ausgeglichen ist und wenn Sie den 140-Ohm-Widerstand kurzgeschlossen haben, erreicht die Brücke ein nahezu perfektes Gleichgewicht, dh das Ziel von RS ist, unter Hitze auf etwa 1360 Ohm zu fallen. Wenn der Luftstrom zunimmt, steigt der Widerstand von RS und dies zwingt den Operationsverstärker, den Transistor stärker anzusteuern, was den 68R stärker aufwärmt und den Widerstand von RS auf 1360 Ohm senkt.

Danke für die Erklärung, macht auf jeden Fall Sinn. Sie erklären genau, was ich mit dem DC-Sweep zu tun versucht habe, was auch zustimmt. Ich dachte immer, die Reaktion eines Thermistors sei umgekehrt proportional zur Wärme, aber wenn ich mir den Widerstand von RS anschaue, wenn ich die Stromversorgung entferne, kühlt er ab und nimmt von 1500 auf 1200 Ohm ab. Warum tut es das? Das ist die Hauptursache meiner Verwirrung!
Sie sollten einen Abschlusswiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten simulieren, nicht positiv.
Warum verhalten sich RS (und RH) Ihrer Meinung nach wie ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, wenn ich es in der Praxis verwende?
RH ist nur ein fester Widerstand, der als Heizung verwendet wird. Es mag einen kleinen Temperaturkoeffizienten haben, aber ich kann Ihnen nichts über RS ​​sagen, weil ich nicht weiß, welches Gerät Sie verwendet haben.
Entschuldigung, es heißt FS5: ist-ag.com/eh/ist-ag/resource.nsf/imgref/…
Dieses Dokument gibt keinen Hinweis auf das Innenleben.

Um dies zu simulieren, müssen Sie ein thermisches Widerstandsmodell verwenden. Eine, die einen thermischen Widerstand und einen Temperaturkoeffizienten enthält.
Beginnen Sie mit einem Gewürzmodell eines spannungsgesteuerten Widerstands.

.SUBCKT VC_RES 5 4 2 1
GRES  1  2  VALUE = { V(1,2) / V(4,5) }
.ENDS

Fahren Sie dies mit dem Widerstand bei 273K als Spannung (zB 1200V für 1200Ohm) und addieren Sie die Widerstandsänderung mit der Temperatur (als Spannung), also; Messen Sie die Spannung über dem VC_RES und den Strom durch ihn und multiplizieren Sie sie miteinander, um die Leistung (als Spannung) zu erhalten. Multiplizieren Sie dies mit dem Wärmewiderstand (z. B. 100 K/W) und dem Temperaturkoeffizienten (z. B. 3900 ppm/K)

X1 1 0 2 3 VC_RES  ;Voltage controlled resistor
V1 4 0 SIN(0 1 10) ;External driving source
V2 1 4 0           ;Current sense source
V3 5 2 1200        ;Base resistance as a voltage, R0
B1 3 5 V=V(5)*0.0039*((V(1)*I(V2)*100) + 20) ;Thermal model
* P=V*I
* Tr=(P*Rt) ; Temp rise with Rt=100
* R=R0*Tc*(T+Tamb) ; Tamb=20 Tc=0.0039

Dies ist ein Ausgangspunkt, da dies tatsächlich eine zu starke Vereinfachung ist. In der Praxis können Sie einige wirklich dumme Antworten erhalten, wenn Sie es in einer Bridge-Konfiguration verwenden, also müssen Sie Grenzen setzen, um dies zu verhindern.

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