如何使用 NTC 热敏电阻测量温度?

电器工程 热敏电阻
2022-01-13 04:01:09

我有一个TTC103 NTC 热敏电阻。它在 25°C 时具有 10 kΩ 的零功率电阻和 4050 的 B25/50 值。我如何使用它来测量温度?

4个回答

将它用作分压器电路中的一条腿(例如“上”腿),另一条腿是已知电阻。测量分压器中点的电压(例如使用模数转换器)。从测量电压推断热敏电阻电阻为:

\$R_{热敏电阻} = \left(\dfrac{V_{cc} }{V_{测量值}} - 1\right) \times R_{known}\$

使用等式:

\$T = \dfrac{B}{ln \left(\dfrac{R_{热敏电阻} }{R_0 \times e^\frac{\large -B}{\large T_0}}\right)}\$

在您的情况下,\$R_0 = 10000\$,\$B = 4050\$,并且 \$T_0 = (273 + 25) = 298\$。将这些数字加上测得的热敏电阻电阻代入方程,得出开尔文温度。

阅读这篇维基百科文章了解更多详情。

NTC(负温度系数)热敏电阻随温度变化其有效电阻。用于模拟这种变化的最常用方程是Steinhart-Hart 方程它使用三个系数来非常准确地表征 NTC 材料。

Steinhart-Hart 方程是半导体在不同温度下的电阻模型方程是:

$${1 \over T} = A + B \ln(R) + C (\ln(R))^3$$

在哪里:

  • \$T\$是温度(以开尔文为单位)
  • \$R\$\$T\$处的电阻(以欧姆为单位)
  • \$A\$\$B\$\$C\$Steinhart-Hart 系数,它们根据热敏电阻的类型和型号以及感兴趣的温度范围而变化。(应用方程的最一般形式包含一个\$(\ln(R))^2\$项,但这经常被忽略,因为它通常比其他系数小得多,因此上面没有显示。)

Steinhart-Hart 方程 - 维基百科,免费百科全书

如果您希望精度优于引用的制造公差,许多制造商会提供应用说明(例如此处),详细说明如何校准给定的 NTC。

提供的 B 系数可用于简化的 Steinhart-Hart 方程,如Wikipedia Thermistor 文章“B 参数方程”下所述。

NTC 是非线性的,你会看到表达温度-电阻关系的相当讨厌的公式。
添加一对普通电阻器,您可以线性化它们的行为,这样这种关系就可以通过 \$y=ax+b\$ 形式的简单线性方程来近似。以下示例来自此 Epcos appnote

在此处输入图像描述

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曲线从 0°C 到 60°C 几乎是直线,这对于许多应用来说已经足够了。

这个答案中,我展示了在某些情况下,您如何通过一个串联电阻在有限域上获得几乎完美的 (15 ppm) 线性曲线。

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如果您没有钱购买电阻器,则必须使用尼克和维卡库参考的 Steinhart-Hart 方程,或者使用查找表和插值。两者都有需要更多内存的缺点:Steinhart-Hart 包含一个对数,您需要一个浮点库(我假设您的微控制器没有浮点 ALU)。查找表也需要一些内存,如果必须对其进行插值,则可能不会比线性化函数提供更好的精度。

NTC 对温度具有非线性响应

您可以通过测量分压器电路中的电压来计算热敏电阻的电阻。然后,您可以使用欧姆定律从中获得阻力 \$R\$。

例如,假设您有一个 5V 电源,使用一个与 NTC 串联的 1k 电阻,如果您测量 0.5V,只需将 1k 除以 0.5V 并得到 10k 欧姆作为电阻。

您还需要 \$T_0\$ 和 \$R_o\$,以开尔文为单位的“固定”温度以及在该温度下的电阻。它通常在室温下给予。

然后,给定这些细节,将其代入这个方程得到T温度。

\$T=\dfrac{1}{\dfrac{1}{T_o} + (\dfrac{1}{B} * \ln\dfrac{R}{R_o}) }\$