Simulación de un anemómetro de temperatura constante

Estoy tratando de simular los resultados que veo cuando uso un circuito de anemómetro de temperatura constante para detectar el flujo de aire. Se puede encontrar una excelente discusión: anemómetro térmico arduino .

Aquí está mi circuito simulado: https://www.circuitlab.com/circuit/ttr9y3/simple_cta/ circuito CTA

El principio básico del sensor FS5 (según tengo entendido) es que hay 2 resistencias, 1 para calentar (RH = 45 ohmios) y 1 para detectar temperatura (RS = 1200 ohmios). El circuito está diseñado para que se mantenga un diferencial de temperatura constante, es decir, cuando el aire fluye a través de la resistencia de detección de enfriamiento, su resistencia disminuye, el puente se desequilibra, el amplificador operacional activa el transistor, que luego permite que la corriente ingrese a la resistencia de calentamiento. en un intento de reequilibrar el puente. Por lo tanto, el voltaje del puente es proporcional al flujo de aire.

Obtengo los resultados correctos en la práctica con Vout = 5V-10V dependiendo del flujo, y en reposo leo:

  • Vsalida = 5V
  • AM2 = 40mA
  • RS = 1500 ohmios
  • HR = 65 ohmios

Sin embargo, cuando trato de simular esto, ¡obtengo Vout = 9.2V y AM2 = 82mA! El barrido de CC debería mostrar que a medida que RS disminuye, Vout aumenta, pero este tampoco es el caso.

Esto me ha estado molestando por un tiempo, ayúdame a entender por qué este circuito funciona en realidad, ¡pero no en teoría! ¿¿Qué estoy haciendo mal??

Respuestas (2)

Si Vout es 9.2 V, entonces la salida del amplificador operacional se está saturando fuertemente contra el riel de 10V. Esto probablemente se deba al hecho de que el uso de resistencias fijas en una simulación nunca resolverá el bucle en equilibrio, es decir, el amplificador operacional siempre estará desequilibrado porque RS permanece precisamente en 1500 ohmios y no se altera a medida que aumenta la temperatura.

¿Cómo sabría que la temperatura localizada ha aumentado ya sea: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

No hay nada en RS que lo convierta en otra cosa que no sea una resistencia perfecta de 1500 ohmios; en realidad, RS alterará su valor con los cambios de temperatura y, con cierta cantidad de corriente de salida, RS se calentará a un valor en el que todo el circuito adquiere equilibrio.

El equilibrio es cuando el puente está equilibrado y, si cortocircuitó la resistencia de 140 ohmios, el puente alcanza un equilibrio casi perfecto, es decir, el objetivo de RS es caer a unos 1360 ohmios bajo calor. Si el flujo de aire aumenta, la resistencia de RS aumenta y esto obliga al amplificador operacional a impulsar el transistor con más fuerza, lo que calienta más el 68R y reduce la resistencia de RS a 1360 ohmios.

Gracias por la explicación, ciertamente tiene sentido. Estás explicando exactamente lo que estaba tratando de hacer con DC Sweep, que también está de acuerdo. Siempre pensé que la respuesta de un termistor era inversamente proporcional al calor, sin embargo, cuando observo la resistencia de RS cuando desconecto la energía, se enfría y disminuye de 1500 a 1200 ohmios. ¿Por qué está haciendo esto? ¡Es la causa raíz de mi confusión!
Debería estar simulando un terminador de coeficiente de temperatura negativo no positivo.
Cuando lo uso en la práctica, ¿por qué cree que RS (y RH) actúan como una resistencia de coeficiente de temperatura positivo?
RH es solo una resistencia fija que se usa como calentador. Puede tener un coeficiente de temperatura pequeño, pero no puedo hablarte sobre RS porque no sé qué dispositivo has usado.
Ese documento no da ninguna pista sobre el funcionamiento interno.

Para simular esto, necesita usar un modelo térmico de resistencia. Uno que incluye una resistencia térmica y un coeficiente de temperatura.
Comience con un modelo especiado de una resistencia controlada por voltaje.

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

Conduzca esto con la resistencia a 273 K como voltaje (por ejemplo, 1200 V para 1200 ohmios) y agregue el cambio de resistencia con la temperatura (como voltaje), así; Mida el voltaje a través de VC_RES y la corriente a través de él y multiplíquelos para obtener la potencia (como voltaje). Multiplique esto por la resistencia térmica (por ejemplo, 100 K/W) y el coeficiente de temperatura (por ejemplo, 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

Este es un punto de partida ya que en realidad es una simplificación excesiva. En la práctica, puede obtener algunas respuestas realmente tontas cuando lo usa en una configuración de puente, por lo que debe establecer límites para evitar eso.

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