NTC — Термисторный датчик AMWEI

Как определено в стандарте IEC 60539, термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) представляет собой термочувствительные полупроводниковые резисторы, сопротивление которых уменьшается при повышении температуры.От -2% / K до -6% / K отрицательные температурные коэффициенты сопротивления примерно в десять раз больше, чем у металлов, и примерно в пять раз больше, чем у кремниевых датчиков температуры.

Изменения сопротивления термистора NTC могут быть вызваны либо внешне, изменением температуры окружающей среды, либо внутренним, самонагревом в результате тока, протекающего через устройство. Все практические приложения основаны на этом поведении.
NTC Термисторы изготовлены из поликристаллической смешанной оксидной керамики.Механизмы проводимости в этом материале довольно сложны, то есть может иметь место либо внешняя, либо собственная проводимость. Во многих случаях NTC термисторы имеют структуру шпинели, а затем проявляют эффекты валентной проводимости.

Характеристики термостойкости термистора NTC

Характеристики напряжения тока термистора NTC

Температурно-временные характеристики термистора NTC

Значение сопротивления, измеренное при фиксированной температуре с использованием достаточно низкого энергопотребления.

NTC Значение сопротивления термистора , измеренное при 25 ° C с использованием достаточно низкого энергопотребления.

NTC термистор Бета-значение определяется керамическим материалом и представляет собой наклон кривой R / T , выраженный следующей формулой

Формула бета-расчета термисторов NTC

В этой формуле:	R t1 — сопротивление нулевой мощности при температуре T1;
	R T2 — сопротивление нулевой мощности при температуре T2.
	Если не указано иное, значение Beta B определяется на основе измерений, проведенных при 25 ° C и 50 ° C. Это не постоянная величина в диапазоне рабочих температур.

NTC термистор температурный коэффициент сопротивления определяется как относительное изменение сопротивления, связанное с изменением температуры.

Термисторы NTC Формула для расчета температурного коэффициента

В формуле:	α T — нулевой температурный коэффициент сопротивления мощности при температуре T
	R T — сопротивление нулевой мощности при температуре T
	T-температура (выраженная в K)
	B-B постоянная

NTC термистор коэффициент рассеяния δ определяется как отношение изменения рассеиваемой мощности и результирующего изменения температуры корпуса термистора . δ = ΔP / ΔT. δ изменяется в ответ на изменение температуры окружающей среды в пределах рабочего диапазона температур.

NTC термистор Температурная постоянная времени — это время, необходимое термистору для изменения 63% разницы между его начальной и конечной температурами.
NTC термистор Температурная постоянная времени может быть решающим параметром при выборе датчика температуры для соответствия применению.На тепловую постоянную времени (время теплового отклика) датчика температуры в основном влияют:

• Его конструкция, например сенсорный элемент, материал, из которого сделан сенсорный элемент в корпусе сенсора, технология подключения, корпус.
• Его монтажная конфигурация, например погружной, поверхностный.
• Среда, в которой он будет находиться, например воздушный поток, неактивный воздух, жидкость.

Тепловая постоянная времени

Чертеж тепловой постоянной времени

NTC термистор Максимальный стабильный ток означает, что максимальный последовательный ток может быть приложен к термистору NTC при температуре окружающей среды 25 ^o C

Зависимость сопротивления нулевой мощности от температуры корпуса термистора NTC .

— обзор | Темы ScienceDirect

2 АНЕМОМЕТРИЯ ТЕРМИСТОРА

Термисторы могут обеспечивать измерения скорости в ответ на изменения теплопередачи, которая для данной геометрии в основном зависит от скорости и температуры воздуха. Преимущества термисторов перед другими термоанемометрами, такими как термоанемометры, включают точность при низких скоростях, надежность и стабильность. Небольшой размер и низкая стоимость термисторов означают, что, несмотря на то, что они являются устройством вторжения, их можно использовать в большом количестве по всей плоскости радиатора.Высокое разрешение устройства, которое можно получить с помощью термисторной анемометрии, рассматривается как главное преимущество этого метода.

Термисторы — это полупроводники, которые демонстрируют значительные и точные изменения электрического сопротивления в ответ на изменения температуры их тела. Термисторы, которые использовались во время этого исследования, представляли собой термисторы с герметизированными стеклянными шариками с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).

Расмуссен [3] показал, что термисторы NTC демонстрируют следующую взаимосвязь между температурой и сопротивлением ( R _T ):

RT = R0eβ1T − 1T0

Где R ₀ — эталонное сопротивление термистора. при эталонной температуре T ₀ , и β — постоянная материала.Температурный коэффициент сопротивления α равен:

[3] α = 1RdRdT = −βT2

Если питание подается на термистор посредством приложения электрического тока I , рассеиваемая мощность составляет P, и температура окружающей жидкости составляет T _e , , тогда уравнение теплопередачи принимает следующий вид:

[3] cdTdt = P − κT − Te

Где c — теплоемкость, которая является свойством материала и конструкции термистора, а κ — коэффициент рассеяния.

Коэффициент рассеяния можно интерпретировать как мощность, необходимую для повышения температуры термистора на один градус выше температуры окружающей жидкости. Температура термистора и, следовательно, его сопротивление будут реагировать на изменение коэффициента рассеяния. Именно эта характеристика делает термисторы подходящими для таких применений, как анемометрия. Если термистор используется в однонаправленном ламинарном потоке с постоянными другими свойствами жидкости, коэффициент рассеяния можно рассматривать только как функцию скорости жидкости.Следуя Расмуссену [3]:

T = Te + Pκ (U)

Если эталонное сопротивление термистора ( R _e ) измеряется при температуре жидкости, температуру корпуса термистора можно выразить следующим образом:

T = αeTe2αeTe −lnRRe

Приравнивая два приведенных выше уравнения, получаем:

κ (U) = PTeαeTelnRRe − 1

Это уравнение обеспечивает метод расчета значения коэффициента рассеяния в терминах просто определяемых значений. К сожалению, трудно найти аналитические решения для взаимосвязи между скоростью жидкости и коэффициентом рассеяния, поскольку форма, соотношение материалов и, следовательно, тепловые характеристики значительно различаются между отдельными термисторами.Измерение постоянной рассеяния или зависимости между сопротивлением термистора и скоростью потока лучше всего достигается эмпирическим путем с помощью калибровки.

Термистор NTC 10k Характеристики, характеристики, параметры и лист данных

Характеристики

• Поставляется с широким диапазоном сопротивления
• Стоимость термистора экономична
• С диском термистора, покрытым лаком
• Медные выводы покрыты оловом.
• С шагом выводов 5,0 мм
• Компонент отмечен сопротивлением и допуском
• Хорошая стабильность, устойчивость к окружающей среде
• Обеспечивает высокую точность измерения сопротивления и константы B
• Продукт не содержит свинца

Технические характеристики

• Сопротивление при 25 ° C: 10K + — 1%
• Значение B (материальная постоянная) = 3950 + — 1%
• Коэффициент рассеяния (скорость потери энергии режима колебаний) δ th = (в воздухе) прибл.7,5 мВт / К
• Постоянная времени термического охлаждения <= (на воздухе) 20 секунд
• Температурный диапазон термистора от -55 ° C до 125 ° C

Важные параметры

1. Сопротивление термистора при нулевой мощности: (R)

Удобная точка отсчета для термистора , обеспечиваемая сопротивлением, — это 25 ° C (по существу, при комнатной температуре). Формула, по которой определяется сопротивление термистора:

R = R0 ехрB (1 / T-1 / T0)

Где, R = Сопротивление при температуре окружающей среды T (K)

R0 = Сопротивление при температуре окружающей среды T0 (K)

B = Постоянная материала

2.Константа материала: (B)

Константа материала B управляет крутизной характеристики RT, как показано на рисунке. Значение B изменяется в зависимости от температуры и определяется в диапазоне от 25 ° C до 85 ° C по формуле:

B25 / 85 = внутренний (R85 / R25) / (1 / T — 1 / T0)

B25 / 85 — это значение, используемое для сравнения и характеристики различных керамических изделий. Допуск на это значение обусловлен составом материала

Это значение показывает чувствительность датчика к изменениям температуры. Он определен как:

α = ∆ Б / Т ²

Формула означает, что относительный допуск по α равен относительному допуску по значению B.

4. Тепловая Постоянная времени

Это период времени, в течение которого температура термистора будет быстро изменяться 63.2% разницы его температуры (T0) от температуры окружающей среды (T1).

Количество электроэнергии P (мВт), потребляемой в T1 (температура окружающей среды) и T2 (повышение температуры термистора), имеет следующую формулу:

P = C (T2-T1)

Где, C — постоянная теплового рассеяния.

Термистор — это электронный компонент, используемый для расчета температуры.Это тип резистора, сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Эти термисторы NTC состоят из комбинации оксидов металлов, прошедших процесс спекания, что дает отрицательное электрическое сопротивление в зависимости от температуры (R / T). Из-за большого отрицательного наклона небольшое изменение температуры вызывает огромное изменение электрического сопротивления.

По сути, существует два типа термистора : : один — NTC (отрицательный температурный коэффициент , ), а второй — PTC (положительный температурный коэффициент , ).Если термистор типа NTC, он снижает сопротивление, поскольку повышение температуры и поведение PTC прямо противоположно NTC. Термистор подключается к любой электрической цепи для измерения температуры тела или вещества. Диапазон рабочих температур этого термистора составляет от -55 ° C до 125 ° C, диапазон температур зависит от сопротивления базы.

График показывает изменение сопротивления в зависимости от температуры, кривая для термисторов типа NTC .

• Бытовое применение — Холодильники, морозильники, плиты, фритюрницы и т. Д.
• Промышленное, телекоммуникационное приложение — Управление технологическими процессами, отопление и вентиляция, кондиционирование воздуха, пожарная сигнализация, температурная защита в системах управления / зарядки аккумуляторов, видео- и аудиотехника, мобильные телефоны и видеокамеры и т. Д.
• Применение в автомобильной промышленности — Контроль температуры воздуха на впуске, контроль температуры двигателя, электронные системы подушек безопасности и т. Д.
• Термистор может использоваться для температурной компенсации, измерения температуры, контроля температуры.

О термисторах NTC — Датчики North Star

О термисторах NTC

Термисторы NTC являются наиболее чувствительными устройствами измерения температуры, обычно используемыми для управления измерением температуры, индикации и компенсации в диапазоне температур от -50 ° C до +150 ° C.

Термистор состоит из полупроводникового материала, который действует как термочувствительный резистор. Основная функция термистора — демонстрировать изменение сопротивления при изменении температуры тела, будь то изменение температуры окружающей среды или самонагревание, вызванное током. Измеряя сопротивление термистора в режиме без собственного нагрева, мы можем точно определить его температуру и окружающую среду. В некоторых измерительных приложениях термисторы намеренно нагреваются электрическим током в контролируемых условиях.В этом случае самонагревающийся термистор может использоваться для измерения расхода газов или жидкостей.

Термисторы NTC (отрицательный температурный коэффициент) уменьшают электрическое сопротивление при повышении температуры тела, в то время как термисторы PTC (положительный температурный коэффициент) увеличивают электрическое сопротивление с повышением температуры тела. North Star Sensors специализируется на производстве прецизионных термисторов NTC от основного сырья до готовой продукции. Каждый этап производства тщательно отслеживается и контролируется.

Термочувствительный полупроводниковый материал в термисторе NTC состоит из плотно упакованных и спеченных зерен оксидов металлов, таких как оксид марганца, оксид никеля, оксид железа и оксид меди. Эти твердые структуры полупроводниковые по отношению к электричеству, и при повышении температуры электроны имеют больше шансов оказаться в проводящей энергетической зоне материала. Вот почему электрическая проводимость увеличивается с повышением температуры тела, а электрическое сопротивление уменьшается.И наоборот, снижение температуры тела приводит к увеличению электрического сопротивления.

Эта характеристика сопротивления / температуры (R / T) термистора NTC является нелинейной, предсказуемой, воспроизводимой и может быть воспроизведена в соответствии с точными спецификациями. Поскольку характеристика R / T нелинейна, термисторы NTC обычно определяются по их характеристике «R / T-кривая». Значение сопротивления термистора NTC обычно указывается при 25 ° C (сокращенно «R25»). Наиболее распространенные значения R25, используемые для термисторов NTC, составляют от 100 Ом до 100 000 Ом.Значения R25 могут составлять от 50 Ом до 1 МОм. Могут быть указаны нестандартные термисторы NTC с точным согласованием значений сопротивления при температурах, отличных от 25 ° C.

Каждый состав или смесь термисторов NTC имеет определенное соотношение оксидов металлов, которое определяет физические размеры термистора, характеристики кривой R / T и его сопротивление при 25 ° C. Они демонстрируют относительно большое изменение сопротивления в зависимости от температуры, обычно порядка от -3% до -6% на ° C, обеспечивая гораздо большую чувствительность или реакцию сигнала на изменения температуры по сравнению с другими датчиками температуры, такими как термопары. и RTD.2 члена уравнения, в North Star Sensors мы полагаем, основываясь на опубликованных исследованиях, что эта практика была основана на чрезмерном упрощении уравнения Стейна-Харта Харта и должна использоваться только в относительно узких диапазонах температур. Если вам нужна дополнительная техническая информация, свяжитесь с нами.

Чтобы определить коэффициенты A, B, C, D для определенного диапазона температур, сопротивление термистора NTC измеряется в условиях нулевой мощности в четырех температурных точках, где T1 — самая низкая температура диапазона, T2 и T3 — это средние температуры, а T4 — самая высокая температура диапазона.Наш любимый метод вычисления коэффициентов — умножение матриц в электронной таблице. Мы создали калькулятор, который поможет вам рассчитать коэффициенты:

Калькулятор коэффициентов Стейнхарта-Харта — версия Excel

Важно отметить, что сопротивления и температуры для этого калькулятора ограничены конкретными кривыми NTC.

При использовании уравнения Стейнхарта-Харта необходимо соблюдать определенные меры предосторожности, чтобы пользователь мог достичь желаемой точности и неопределенности зависимости сопротивления отданные о температуре, подлежащие расчету. Понимая сильные стороны и ограничения уравнения Стейнхарта-Харта, можно оптимизировать результаты для конкретного приложения. Ниже перечислены некоторые рекомендации, которые показывают величину ошибки интерполяции, вносимой уравнением для каждого из следующих условий, где диапазон температур, в котором должны быть рассчитаны данные R / T, определяется конечными точками tlow и бедра, выраженными в единицах градусы Цельсия (° C):

1. ≤ 0.Ошибка 001 ° C для 50 ° C диапазон температур в диапазоне температур (t) 0 ° C ≤ t ≤ 260 ° C.

2. Погрешность ≤ 0,01 ° C для диапазона температур 50 ° C в диапазоне температур (t) -80 ° C ≤ t ≤ 0 ° C.

3. Погрешность ≤ 0,01 ° C для диапазона температур 100 ° C в диапазоне температур (t) 0 ° C ≤ t ≤ 260 ° C.

4. Погрешность ≤ 0,02 ° C для диапазона температур 100 ° C в диапазоне температур (t) -80 ° C ≤ t ≤ 25 ° C.

Если приложение требует подбора кривой с максимально возможной точностью в диапазоне температур более 50 ° C или 100 ° C, требуемый диапазон температур можно разбить на приращения 50 ° C или 100 ° C для расчета коэффициенты A, B, C, D и сопротивление в зависимости отданные о температуре. Таблицы отношения сопротивления (Rt / R25) к температуре, опубликованные North Star Sensors, были разработаны на основе расчетов по уравнению Стейнхарта-Харта, выполненных для нескольких диапазонов 50 ° C, таких как от -50 ° C до 0 ° C, от 0 ° C до 50 ° C, от 50 до 100 ° C и от 100 до 150 ° C.

Конкретные коэффициенты A, B, C, D термистора зависят как от характеристики термистора NTC, так и от R25 этого термистора. Например, часть кривой 44 с R25 10 кОм и часть кривой 40 с R25 10 кОм будут иметь разные коэффициенты A, B, C, D, даже если они имеют одинаковое сопротивление при 25 ° C.Кроме того, часть кривой 44 с R25, равным 10 кОм, и часть кривой 44 с R25, равным 5 кОм, также будут иметь разные коэффициенты A, B, C, D, даже если они имеют одинаковую кривую. Однако любая деталь с такой же кривой и тем же R25 будет иметь одинаковые коэффициенты A, B, C, D в пределах своего диапазона допуска.

Щелкните здесь, чтобы увидеть несколько примеров коэффициентов A, B, C, D по кривой и R25

В отличие от коэффициентов A, B, C, D, все термисторы одной кривой имеют одинаковое значение отношения R / R25.Компания North Star Sensors опубликовала таблицы отношения R / R25 для каждого из материалов термистора. Таблицы R / T 1 ° C также публикуются для общих значений R25. Пожалуйста, свяжитесь с North Star Sensors, если вам нужна дополнительная информация или технические характеристики R / T.

Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о температурных кривых датчиков North Star

Значение Beta (β) термистора является индикатором наклона характеристики зависимости сопротивления от температуры и является рассчитывается путем измерения значений сопротивления устройства в условиях нулевой мощности в двух температурных точках, обычно при 0 ̊C и 50 ̊C.Значения сопротивления затем вводятся в следующее уравнение:

Термисторы / Измерение температуры с помощью термисторов NTC

Термисторы (терморезисторы) — это переменные резисторы, зависящие от температуры. Существует два типа термисторов: положительный температурный коэффициент (PTC) и отрицательный температурный коэффициент (NTC). При повышении температуры сопротивление термистора PTC увеличивается, а сопротивление термистора NTC уменьшается. Они показывают противоположную реакцию при понижении температуры.

Оба типа термисторов используются во множестве областей применения. Однако здесь основное внимание будет уделено использованию термисторов NTC для измерения температуры в приложениях на основе микроконтроллеров.

Характеристики термистора
Следующие параметры термистора NTC можно найти в паспорте производителя.

• Сопротивление
  Это сопротивление термистора при температуре, указанной производителем, часто 25 ° C.


• Допуск
  Указывает, насколько сопротивление может отличаться от указанного значения.Обычно выражается в процентах (например, 1%, 10% и т. Д.). Например, если указанное сопротивление при 25 ° C для термистора с допуском 10% составляет 10000 Ом, то измеренное сопротивление при этой температуре может находиться в диапазоне от 9000 Ом до 11000 Ом.


• Константа B (или бета)
  Значение, которое представляет соотношение между сопротивлением и температурой в заданном диапазоне температур. Например, «3380 25/50» означает постоянную бета 3380 в диапазоне температур от 25 ° C до 50 ° C.


• Допуск на бета-константу
  Допуск на бета-константу в процентах.


• Диапазон рабочих температур
  Минимальная и максимальная рабочая температура термистора.


• Температурная постоянная времени
  Когда температура изменяется, время, необходимое для достижения 63% разницы между старой и новой температурами.


• Константа теплового рассеяния
  Термисторы подвержены самонагреву при прохождении тока. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры термистора на 1 ° C.Он указывается в милливаттах на градус Цельсия (мВт / ° C). Обычно рассеиваемая мощность должна быть низкой, чтобы предотвратить самонагрев.


• Максимально допустимая мощность
  Максимальная рассеиваемая мощность. Он указывается в ваттах (Вт). Превышение этой спецификации приведет к повреждению термистора.


• Таблица температур сопротивления
  Таблица значений сопротивления и соответствующих температур в диапазоне рабочих температур термистора. Термисторы работают в относительно ограниченном диапазоне температур, обычно от -50 до 300 ° C в зависимости от типа конструкции и покрытия.

Как и в случае с любым резистором, вы можете использовать настройку омметра на мультиметре для измерения сопротивления термистора. Значение сопротивления, отображаемое на вашем мультиметре, должно соответствовать температуре окружающей среды рядом с термистором. Сопротивление изменится в ответ на изменение температуры.

Список деталей Полный комплект с Arduino

Список деталей без Arduino

На рис. 2 показан отклик термистора NTC в диапазоне от -40 ° C до 60 ° C. Из рисунка видно, что термисторы обладают высокой чувствительностью. Небольшое изменение температуры вызывает большое изменение сопротивления. Также обратите внимание, что реакция этого термистора не линейна. То есть изменение сопротивления при заданном изменении температуры не является постоянным в диапазоне температур термистора.

Лист технических данных производителя включает список значений сопротивления термистора и соответствующих температур в его диапазоне.Одно из решений, позволяющих справиться с этой нелинейной реакцией, — это включить в код справочную таблицу, содержащую эти данные о термостойкости. После вычисления сопротивления (будет описано позже) ваш код ищет в таблице соответствующую температуру.

Линеаризация отклика термистора

На аппаратной стороне вы можете линеаризовать отклик термистора, разместив постоянный резистор параллельно или последовательно с ним. Это улучшение будет происходить за счет некоторой точности.Сопротивление резистора должно быть равно сопротивлению термистора в середине интересующего температурного диапазона.

Термистор — комбинация параллельных резисторов

На Рисунке 3 показана S-образная кривая температурного сопротивления, полученная путем размещения резистора 10 кОм параллельно с термистором, сопротивление которого составляет 10 кОм при 25 ° C. Это делает область кривой между 0 ° C и 50 ° C довольно линейной. Обратите внимание, что максимальная линейность составляет около средней точки, которая находится при 25 ° C.

Термистор — комбинация последовательных резисторов (делитель напряжения)

Обычно микроконтроллеры собирают аналоговые данные через аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Вы не можете напрямую прочитать сопротивление термистора с помощью АЦП. Последовательная комбинация термистора и резистора, показанная на рисунке 4, представляет собой простое решение в виде делителя напряжения.

Для расчета выходного напряжения делителя напряжения используется следующая формула:

Vo = Vs * (R0 / (Rt + R0))

Линеаризованная кривая температура-напряжение на рисунке 5 показывает изменение выходного напряжения Vo делителя напряжения в ответ на изменение температуры. Напряжение источника Vs составляет 5 вольт, сопротивление термистора Rt составляет 10 кОм при 25 ° C, а сопротивление последовательного резистора R0 составляет 10 кОм. Подобно комбинации параллельного резистора и термистора, описанной выше, эта комбинация имеет максимальную линейность около средней точки кривой, которая находится при 25 ° C.

Обратите внимание, что, поскольку Vs и R0 постоянны, выходное напряжение определяется Rt. Другими словами, делитель напряжения преобразует сопротивление термистора (и, следовательно, температуру) в напряжение. Идеально подходит для ввода в АЦП микроконтроллера.

Преобразование данных АЦП в температуру путем определения сначала сопротивления термистора.

Чтобы преобразовать данные АЦП в температуру, сначала найдите сопротивление термистора, а затем используйте его для определения температуры.

Вы можете изменить приведенное выше уравнение делителя напряжения, чтобы найти сопротивление термистора Rt:

Rt = R0 * ((Vs / Vo) — 1)

Если опорное напряжение АЦП (Vref) и напряжение источника делителя напряжения (Vs) одинаковы, то верно следующее:

adcMax / adcVal = Vs / Vo

То есть отношение входного напряжения делителя напряжения к выходному напряжению такое же, как отношение значения полного диапазона АЦП (adcMax) к значению, возвращаемому АЦП (adcVal).Если вы используете 10-битный АЦП, тогда adcMax равно 1023.

Теперь вы можете заменить соотношение напряжений соотношением значений АЦП в уравнении, которое необходимо решить для Rt:

Rt = R0 * ((adcMax / adcVal) — 1)

Например, предположим, что термистор с сопротивлением 10 кОм при 25 ° C, 10-битный АЦП и adcVal = 366.

Rt = 10,000 * ((1023/366) — 1)
= 10,000 * (2,03)
= 17,951 Ом

После вычисления значения Rt вы можете использовать справочную таблицу, содержащую данные температурного сопротивления для вашего термистора, чтобы найти соответствующую температуру.Расчетное сопротивление термистора в приведенном выше примере соответствует температуре приблизительно 10 ° C.

9 18,670
10 17,926
11 17,214

Лист технических данных производителя может не включать все значения температурного сопротивления термистора или у вас может не хватить памяти для включения всех значений в справочную таблицу. В любом случае вам нужно будет включить код для интерполяции между перечисленными значениями.

Посредством прямого вычисления температуры

В качестве альтернативы для расчета температуры можно использовать уравнение, которое аппроксимирует кривую температурной характеристики термистора.3

Производитель может или не может предоставить значения для коэффициентов A, B и C. В противном случае они могут быть получены с использованием данных измерения температурной устойчивости. Однако это выходит за рамки данной статьи. Вместо этого мы будем использовать более простое уравнение параметра бета (или B), показанное ниже. Хотя оно не так точно, как уравнение Стейнхарта-Харта, оно все же дает хорошие результаты в более узком температурном диапазоне.

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln (R / R0)

Переменная T — это температура окружающей среды в Кельвинах, T0 — обычно комнатная температура, также в Кельвинах (25 ° C = 298.15K), B — бета-постоянная, R — сопротивление термистора при температуре окружающей среды (такое же, как Rt выше), а R0 — сопротивление термистора при температуре T0. Значения T0, B и R0 можно найти в паспорте производителя. Вы можете рассчитать значение R, как описано ранее для Rt.

Если напряжение источника делителя напряжения и Vref одинаковы, вам не нужно знать R0 или находить R для расчета температуры. Помните, что вы можете записать уравнение для сопротивления термистора через отношение значений АЦП:

R = R0 * ((adcMax / adcVal) — 1)

, тогда:

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln (R0 * ((adcMax / adcVal) — 1) / R0)

R0 отменяет, что оставляет:

1 / T = 1 / T0 + 1 / B * ln ((adcMax / adcVal) — 1)

Возьмите результат, обратный результату, чтобы получить температуру в Кельвинах.

Например, предположим, что цепь термисторного делителя напряжения подключена к 10-битному АЦП. Константа бета для термистора составляет 3380, сопротивление термистора (R0) при 25 ° C составляет 10 кОм, а АЦП возвращает значение 366.

1 / T = 1 / 298,15 + 1/3380 * ln ((1023/366) — 1)
1 / T = 0,003527
T = 283,52K — 273,15K = 10,37 ° C

Пример: простой регистратор температуры на базе Arduino

На рисунке 7 показан простой регистратор температуры, состоящий из Arduino Uno SBC и термисторного делителя напряжения (справа).Выход делителя напряжения подключен к внутреннему 10-битному АЦП Arduino через один из аналоговых выводов. Arduino получает значение АЦП, вычисляет температуру и отправляет ее на последовательный монитор для отображения.

В следующем эскизе Arduino используется уравнение параметра B для расчета температуры. Функция getTemp выполняет большую часть работы. Он считывает аналоговый вывод несколько раз и усредняет значения АЦП. Затем он вычисляет температуру в Кельвинах, преобразует ее в Цельсия и Фаренгейта и возвращает все три значения в основной цикл.Основной цикл многократно вызывает getTemp с двухсекундной задержкой между вызовами. Он отправляет значения температуры, возвращаемые getTemp, на последовательный монитор.

Загрузите пример кода здесь.

недействительным getTemp (float * t)
{

    // Преобразует входной сигнал термисторного делителя напряжения в значение температуры.
    // Делитель напряжения состоит из термистора Rt и последовательного резистора R0.
    // Значение R0 равно сопротивлению термистора при T0.// Вы должны установить следующие константы:
    // adcMax (значение полного диапазона АЦП)
    // analogPin (аналоговый входной контакт Arduino)
    // invBeta (инверсия значения бета термистора, предоставленного производителем).
    // Используйте с этим модулем опорное напряжение Arduino по умолчанию (5 В или 3,3 В).
    //

  const int analogPin = 0; // заменяем 0 аналоговым выводом
  const float invBeta = 1.00 / 3380.00; // заменяем "Beta" на beta термистора

  const float adcMax = 1023.00;
  const float invT0 = 1,00 / 298,15; // комнатная температура в Кельвинах

  int adcVal, i, numSamples = 5;
  поплавок K, C, F;

  adcVal = 0;
  для (i = 0; i
  Ошибка измерения и разрешение АЦП  
 Существует ряд факторов, которые могут способствовать ошибке измерения. Например, термистор и последовательные резисторы могут отличаться от своих номинальных значений (в указанных пределах допуска), или может быть ошибка из-за самонагрева термистора, или шумная электрическая среда может привести к колебаниям на входе АЦП [6].
 
 Ниже приведены несколько предложений по уменьшению погрешности измерения. Предполагается, что вы используете уравнение для параметра B.
 
 

В лучшем случае температура в приведенном выше примере является точной с точностью до 0,1 ° C. Это связано с ограничением из-за разрешения АЦП.

АЦП не чувствителен к изменениям напряжения между шагами. Для 10-битного АЦП наименьшее изменение напряжения, которое можно измерить, составляет Vref / 1023. Это разрешение АЦП по напряжению.Если Vref составляет 5 В, разрешение по напряжению составляет 4,89 мВ. Предполагая, что T0 составляет 25 ° C, наименьшее изменение температуры, которое может быть обнаружено при 25 ° C, составляет ± 0,1 ° C. Это температурное разрешение при 25 ° C. Это означает, что изменение младшего бита вызовет скачок отображаемой температуры на 0,1 ° C. Этот скачок связан с разрешением АЦП, а не с ошибкой измерения.

Ссылки

1. AVR121: Повышение разрешения АЦП за счет передискретизации
   http://www.atmel.com/Images/doc8003.pdf
2. Как найти выражение для бета-версии
   http://www.zen22142.zen.co.uk / ronj / tyf.html
3. Измерение температуры с помощью термистора и Arduino
   http://web.cecs.pdx.edu/~eas199/B/howto/thermistorArduino/thermistorArduino.pdf
4. Термистор
   https://en.wikipedia.org/wiki/Термистор
5. Учебное пособие по термистору
   http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/thermistor/thermistor.php
6. Понимание и минимизация ошибок преобразования АЦП
   http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/9d/56/66/74/4e/97/48/93/CD00004444.pdf / files / CD00004444.pdf / jcr: content / translations / en.CD00004444.pdf