我正在寻找一种使用 MCU 感测温度的廉价解决方案。我的要求是:
- 2个频道
- 温度范围:30-35°C
- 温度分辨率:1-2 K
- 电缆距离(MCU -> 传感器)10cm - 2m 是可以接受的
- 两个通道之间的相对温度就足够了,不需要绝对温度
我的出发点是两个带有热电偶放大器的热电偶,但这对我的应用来说似乎有点过分了。Radiospares 的热电偶价格为 10 美元,安培价格为 5 美元,仅估算温度就需要 30 美元。
寻找更便宜的解决方案的好方向是什么。NTC?
编辑 2012 年 7 月 18 日
在 stevenvh 扩展他的答案以显示使用 NTC 可以获得的高度线性之后,我花了一些时间重新考虑 NTC 是否不是更好的解决方案。
但是,我不确定我是否能够遵循 stevenvh 的推理,即与半导体芯片相比,NTC 可以以便宜的价格获得错误。
要使用 NTC 获取温度,需要使用以下功能:
- 传递函数 \$ H_{T_a\rightarrow R_{NTC}}(R_{25},B_{25/85}) \$ 将环境温度转换为电阻
- 分压器产生的电压 \$ H_{R_{NTC}\rightarrow V}(V_{excitation},R_{NTC}, R_{lin}) \$
- AD 转换 \$ H_{V\rightarrow bits}(V, V_{ref}, \sigma_{conversion}) \$
- 线性曲线近似:\$ H_{bits\rightarrow T_{est}}(bits, \sigma_{approx}) \$
我看到的错误来源是:
- NTC 值错误:\$ R_{25} \$ 和 \$ B_{25-85} \$ 值各 1%:总计约 2%
- 线性电阻值为 1%,激励电压源为 0.5%
- 对于 PIC16F1825,用于 ADC 的内部参考电压具有 6% 的不确定性。此外,ADC 本身的积分、微分、失调和增益误差均在 1.5 lsb 左右。在 10 位时,后者加起来最多为 0.5%。
- 正如 stevenvh 在他的回答中所证明的那样,线性近似在感兴趣的范围内的误差仅为 0.0015%。
因此,温度估计误差显然主要由 ADV 电压基准误差和电阻值误差决定。它显然会超过 6%。正如 stevenvh 所指出的,由于线性逼近造成的误差完全可以忽略不计。
300 开尔文下 6% 的不确定性相当于 18K 的温度误差。温度芯片有大约1K的误差。在 300K 时,这对应于 0.3% 的不确定性。
在我看来,如果没有非常仔细的校准和性能验证,用 NTC 击败它是不可能的。线性化电阻器、激励电压或 ADC 的不确定性,每一个都被孤立地看待,将 NTC 解决方案的不确定性推到了这个之上。还是我的推理有重大错误?
目前,我确信 NTC 可以成为一种高精度的温度传感解决方案,但在我看来,它们的性能很便宜,但在我看来,它们的性能将是一个未知数。