本簡述是說明 ntc熱敏電阻器對溫度的測量。熱敏電阻器把溫度的變化轉換為電阻阻值的變化, 再應用相應的測量電路把阻值的變化轉換為電壓的變化;然後通過晶元或處理電路,可以把模擬的電壓值轉換為數碼訊號,對數值訊號進行處理可以得到相應的溫度值。也就音特公司常提到的模數轉換.
1.1 熱敏電阻器熱敏電阻有電阻值隨溫度公升高而公升高的正溫度係數
positive temperature coefficient 簡稱 ptc熱敏電阻有電阻值隨溫度公升高而降低的負溫度係數negative temperature coefficient簡稱 ntc 熱敏電阻。ntc 熱敏電阻器,是一種以過渡金屬氧化物為主要原材料,採用電子陶瓷工藝製成的熱敏半導體陶瓷元件。這種元件的電阻值隨溫度公升高而降低,利用這一特性可製成測溫、溫度補償和控溫元件,又可以製成功率型元件,抑制電路的浪湧電流。
電阻溫度特性可以近似地用下式來表示:
公式中:rt、rn分別表示ntc在溫度t(k)和額定額定溫度tn (k)下的電阻值,單位ω,t、tn 為溫度, 單位k(tn(k)=273.15+tn(℃))。b,稱作b值,ntc熱敏電阻特定的材料常數(beta)。由於b值 同樣是隨溫度而變化的,因此ntc熱敏電阻的實際特性,只能粗略地用指數關係來描述,所以這種方法只能以一定的精度來描述額定溫度或電阻值附近的有限的範圍。但是在實際應用中,要求有比較精確的 r-t 曲線。要用比較複雜的方法(例如用 the steinhart-hart 方程),或者用**的形式來給定電阻/溫度關係。
下表是選用 ntc熱敏電阻器 mf52-502f3950b,基於精確的r-t 曲線,來對溫度進行精確的測量。
1.2 電阻-溫度關係如表a1 所示
ntc 熱敏電阻器 mf52-502f3950b 各溫度點的電阻值,即電阻-溫度關係表。從提供的電阻-溫度關係表中可以 看出 ntc 熱敏電阻器mf52-502f3950b的測溫範圍為 [-55℃,125℃],其電阻值的變化範圍為[250062ω,242.64ω]。
表a1mf52-502f3950b所示:
1.3數值處理
通過表 a1 電阻-溫度關係表可以很直觀的看到電阻的變化範圍從 242.64ω到 250062ω,在-55℃的時候其表現出的電阻值是 125℃時所表現的電阻值的 1030 倍,這麼大的變化範圍也為模數轉換測量帶來了困難。
測量電路如下圖所示。
如上圖所示 ntc 熱敏電阻 rv 和測量電阻 rm(精密電阻)組成乙個簡單的串聯分壓電路,參考電壓vcc_ref 經過分壓可以得到乙個電壓值隨著溫度值變化而變化的數值,這個電壓的大小將反映出ntc 電阻的大小,從而也就是相應溫度值的反映。 通過歐姆定律可以得到輸出電壓值vadc 和 ntc 電阻值的乙個關係表示式1:
那麼接下來的資料處理將基於式上式展開:查出處理晶元也稱模數轉換器 adc 的精度,其參考電壓為 5v,因此這裡可以選擇 vref=5v。各溫度點對應的 adc 轉換後的數字量可以計算。
表示式2.
dadc = 1024vadc/5v
結合表示式1和表示式2,可以得出表示式3:
dadc = 1024rm/(rv+rm)
如果這裡取 測量電阻rm 選擇4.7kω,那麼可以計算出:
在- 55℃時 所對應的 dadc = 10241000/(250062+1000) = 4;
在 125℃時 所對應的 dadc= 10241000/(242.64+1000)= 824。
根據這樣的對應關係對資料進行預處理,得到如下處理結果如下資料所示:
atic const int16 ntctab2[181] =
;
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