Вимірюємо температуру c допомогою термістора

  1. термістори
  2. висновки

Наши партнеры ArtmMisto

Журнал РАДІОЛОЦМАН, вересень 2015

Ken Wada

embedded.com

Температура є одним з найбільш поширених параметрів, що реєструються вбудовується системою. Для таких вимірів існує широкий вибір датчиків температури. Діапазон типів датчиків простягається від екзотичних детекторів чорного тіла до найпростіших резистивних сенсорів, включаючи всі безліч типів, що знаходяться між цими полюсами. У цій статті я коротко розкажу про терморезисторами з негативним температурним коефіцієнтом (NTC термістори) - одних з найбільш поширених датчиків температури, які використовуються в різних вбудованих системах.

термістори

Термістор є резистивний елемент, як правило, виготовлений з полімеру або напівпровідника, опір якого змінюється в залежності від температури. Цей тип пристрою не слід плутати з резистивним датчиком температури (RTD). Зазвичай RTD набагато точніше, коштують дорожче і охоплюють більш широкий діапазон температур.

Існують два типи термісторів, що відрізняються характером залежності опору від температури. Якщо значення опору зменшується з ростом температури, ми називаємо це пристрій термистор з негативним температурним коефіцієнтом (NTC). Якщо опір з ростом температури зростає, цей пристрій відомо як термістор з позитивним температурним коефіцієнтом (PTC). Як правило, PTC-пристрої використовуються як засоби захисту, а NTC-пристрої застосовуються в якості термодатчиків. Дуже часто NTC термістори застосовуються для контролю PN-переходів широкосмугових лазерних діодів.

Ще однією характеристикою терморезистора є вартість. У невеликих партіях типовий термистор варто, як правило, від $ 0.05 до $ 0.10 за штуку. Низька ціна і простота підключення роблять ці пристрої досить привабливими для вбудованих додатків.

Типовий діапазон виміру температури термістора становить від -50 ° C до +125 ° C. Більшість додатків, що використовують термістори, працює в діапазоні від -10 ° C до +70 ° C, або, як його називають, в комерційному діапазоні температур навколишнього середовища.

Типова похибка опору термістора досить велика. Більшість термисторов виготовляється з допустимим відхиленням опору ± 5%.

Однак їх точність цілком прийнятна. Як правило, ми можемо розраховувати, що вона знаходиться в діапазоні від ± 0.5% до ± 1.0%.

Вираз, що пов'язує температуру і опір термістора, відоме як рівняння Стейнхарта-Харта. Це нелінійне рівняння показано нижче.

Рівняння 1.Рівняння Стейнхарта-Харта
для термистора.

На рисунку 1 показаний графік залежності опору від температури для NTC термістора ERTJZET472 компанії Panasonic . Цей графік показує, що на лінійній шкалі залежність опору від температури дуже нелінійна.

Як правило, термістори оцінюються по параметру, відомому як значення R25. Це типове опір термістора при 25 ° C. Значення R25 для даного термистора становить 4700 Ом.

Ми можемо легко підключити термистор до малопотужного джерела струму. Потім ми можемо вважати напругу за допомогою АЦП і порівняти отриманий результат з відповідним рядком переглядовій таблиці, щоб дізнатися справжню температуру. Ми також можемо спробувати линеаризовать залежність опору від температури.

У деяких системах з обмеженою пам'яттю ми просто не можемо дозволити собі таку розкіш, як створення таблиці перетворення. Тому в такому додатку свідчення термистора ми спробуємо линеаризовать.

Наближення першого порядку показує нам, що опір термістора приблизно обернено пропорційно температурі. З огляду на це, ми можемо створити схему зворотній пропорції, щоб спробувати линеаризовать криву залежності опору від температури. З рисунка 2 видно, як це робиться.

Якби ми дійсно хотіли заощадити гроші, то могли б прибрати джерело опорного напруги. Для цього буде потрібно певна додаткова фільтрація, щоб усунути будь-які шуми джерела живлення. Важливо, що АЦП і термісторний ланцюг мають одне джерело опорного напруги. Це дозволяє нам використовувати логометріческій метод вимірювання для термистора щодо показань АЦП. Тобто, вимір буде незалежним від напруги збудження інтерфейсної ланцюга термистора.

Показання температури залежать тільки від опору зсуву (RB) і опору термістора (RTH). Ми можемо назвати їх ставлення коефіцієнтом ділення (D). Вираз для коефіцієнта ділення не відрізняється від виразу для простого дільника напруги (рівняння 2).

Рівняння 2.Коефіцієнт ділення
лінеарізующей ланцюга.

На рисунку 3 показаний набір кривих для різних значень опору зсуву лінеарізующей ланцюга термистора. Ці графіки також демонструють достатній ступінь лінійності в діапазоні від 0 до 70 ° C; при цьому найкраща лінійність досягається за більш низьким опором резистора зміщення.

Іншим, більш хорошим способом поглянути на це є зображення на графіку різниці між значеннями температури, взятими з документації, і лінеаризоване значеннями. Такий графік наведено на рисунку 4. Цей малюнок також демонструє, що найкраща лінійність досягається при меншому значенні опору зсуву. Графік показує, що резистор номіналом 2 кОм дасть лінійність приблизно ± 3 ° C в діапазоні температур від 0 до 70 ° C.

У цьому прикладі лінійний вираз для залежності температури від коефіцієнта опорів при номіналі резистора зміщення 2 кОм приведено в рівняння 3.

Рівняння 3.Залежність температури від
відносини опорів при
використанні резистора
зміщення 2 кОм.

тут:

T - температура в градусах Цельсія,
D - коефіцієнт розподілу.

На резистивний дільник і АЦП подається один і той же опорна напруга. Таким чином, ми можемо легко вивести залежність коефіцієнта розподілу від показань АЦП. Якщо припустити, що перетворювач має розрядність N біт, то отримаємо співвідношення, показане в рівнянні 4.

Рівняння 4.Залежність коефіцієнта ділення
від показань АЦП при N-бітному
перетворювачі.

тут:

D - коефіцієнт ділення,
ADC - свідчення АЦП,
N - розрядність АЦП (кількість біт).

Підставивши Рівняння 4 в Рівняння 3, отримаємо вираз, що зв'язує свідчення АЦП з температурою. Воно представлено Рівнянням 5.

Рівняння 5.Залежність температури від показань
АЦП при N-бітному перетворювачі і
опорі зсуву 2 кОм.

висновки

Іноді, як розробникам вбудовується електроніки, нам доводиться вирішувати проблему підключення датчика до системи. У цій статті я розглянув просту схему датчика температури на основі термістора і показав, як линеаризовать температурну залежність опору.

Одним з основних переваг використання термісторів є їх ціна. Як правило, при покупці в невеликих кількостях ці датчики коштують приблизно від $ 0.05 до $ 0.10. Точність для цих датчиків цілком пристойна. Зазвичай допуск опору або допуск R25 для цих пристроїв становить від ± 3% до ± 5%. Тому схема лінеаризації з нелінійністю ± 3 ° C також може вважатися задовільною.

Звичайно, ми завжди можемо використовувати дорожчий датчик, який дасть більш точний результат. До подібних типів датчиків можна віднести:

  1. Датчики з PN-переходом. Низька вартість, прийнятна точність.
  2. Мікросхеми датчиків температури. Зазвичай вони представляють собою деяку різновид датчиків з PN-переходом.
  3. Резистивні датчики температури (RTD). Вони, як правило, дуже точні і значно дорожче.
  4. Термопари. Їх діапазон виміру зазвичай набагато більше, а ціна порівняно невисока.
  5. Інфрачервоні датчики. Найчастіше їх використовують для вимірювання теплових випромінювань, рівні яких потім перетворять в температуру.

Це лише кілька з тих методів, за допомогою яких можна вимірювати температуру. Про деякі з них, можливо, я зможу розповісти в майбутньої статті.

А як ви вимірюєте температуру в своїй вбудовується системі? Ви бачите, що я показав дуже дешевий спосіб вимірювання цього фізичного параметра. Але крім нього існує ще безліч інших методів.

А як ви вимірюєте температуру в своїй вбудовується системі?
Главное меню
Реклама

Архив новостей
ArtmMisto
Наши партнеры ArtmMisto. Игроки могут начать свое азартное приключение на сайте "Buddy.Bet", который только что открылся для всех ценителей азарта.

Реклама

© 2013 mexpola.h1a25414f