0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

高精度NTC测温电路设计及电阻值计算

西西 来源:博客园 作者: HF&SLC 2020-08-30 11:46 次阅读

什么是NTC

NTC是热敏电阻,其电阻值对温度变化敏感,在不同的温度下,可以呈现不同的电阻值。

热敏电阻有两类,一类是负温度系数电阻(NTC),温度增加时,电阻值降低,另一类是正温度系数电阻(PTC),温度增加时,电阻值增加。

热敏电阻的电阻值计算

NTC的电阻值R与温度的关系可以近似表示为:

高精度NTC测温电路设计及电阻值计算

公式1,电阻与温度函数关系式

其中T是绝对温度,数值为摄氏温度+273.15,单位为K(开尔文)。

R0一般取温度25℃即298.15K时的电阻值,对应的T0取25℃,即298.15K。

B为材料常数.不同的村料或者生产工艺都能导致B的数值发生变化,甚至在热敏电阻的工作范围内,B的数值都可能发生变化,而不是严格的常数;

因为NTC的电阻与温度呈非线性的关系,而且存着温度的增加,温度随着温度变化的变化率越小。

所以随着温度的增加,NTC测温的精度变化;

所以比较适合于温度变化范围小的使用场景,比如环境温度(约为-20℃-50℃)或者是水温的检测(0℃-100℃)。

搜索到的一款NTC,按照温度为25℃的电阻取值,可有5KΩ,10 KΩ等不同的规格,而材料系数B值固定为3950。

我们选择10K的规格,根据公式1,可以得到这款NTC的电阻与温度的关系为:

公式2,电阻与温度的函数关系式

通过excel表格的公式,在excel工作薄的第一列输入温度,第二列输入公式可以得到不同温度下的电阻值,比如0℃为33.6 KΩ

采用excel计算AD

NTC测温电路的设计

NTC测温核心在于具有ADC功能的MCU,电路比较简单,只需要将固定的电压经过另一个高精度的电阻分压接到NTC电阻,然后将分压值连接到MCU的ADC输入口。

如下图:

高精度NTC测温电路设计及电阻值计算

NTC测温电路

R1为1%精度的电阻,R2为NTC,

0.1uF的电容C1除了可以滤除从电源引入或者从电路板感应来的高频干扰信号,另外当ADC有多路AD输入在转换时,MCU的AD模块需要通过模拟开关切换不同的通道,再进行采样转换,电容C1可以在ADC切换通道之后,迅速向采样电容充电,从而可以提到转换速度,避免因采样时间太短而导致测量不准确。

R1上拉的电源应该和MCU的ADC的参考电源共用一个电源(在一般的设计中,MCU的供电电源和ADC的参考电源共用一个电源)。

这是因为:

输入ADC的AD值为(假设为12位的ADC):

AD值计算公式

如果上拉的电源ADC的参考电源共用一个电源,可以得到和上位电源无关的一个公式:

AD值计算公式

所以可以消除电源精度对测试的影响,同时减少了计算的复杂性;

NTC测温软件的设计

我看到在一个网友的程序设计中,他直接将公式1取对数,通过复杂的对数运算和倒数运算得到温度值,这是不合适的,

主要是:

普通的单片机不一定提供这样的数学函数库。

普通的单片机没有浮点数运算,浮点数都是转成整弄运算的,不可避免会有舍入误差。

单片机做对数,倒数的运算,只能是近似算法,而且会耗费大量的运算时间,可能会到几百ms级,影响了对其它功能处理的实时性。

公式1只是一个近似公式,B值也并不是一个常数,用这样具体的解析公式计算,没有办法根据实际测量值对计算值进行标定,从而提高测量精度。

我在实际的项目中,采用的是分段线性化的方法,步骤如下:

采用excel表格自动生成C语言中包含AD与温度的二维数组

将测温范围分若干个区间,比如在0-100度的范围内,分100个区间,每个区间范围为1℃

计算或者实测每一个区间下限和区间上限的温度值; 比如区间30℃-31℃,根据公式1计算或者实际测试出30℃以及31℃的AD值。

将这些区间表示为2维数组(这个2维数组也可以通过实际测试形成);

取出将AD转换并多次平均之后数值,编历分段的区间,与这些区间的AD上、下限进行比较,判断落在哪一个区间,

根据一次函数的公式进行区间内的插值修正:

测试温度值=区间温度下限+(区间温度上限-区间温度下限)/(区间AD上限-区间AD下限)*(AD测量值-区间AD下限)

最后奉上本人使用的分段线性化的程序:

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • mcu
    mcu
    +关注

    关注

    146

    文章

    16977

    浏览量

    350215
  • NTC
    NTC
    +关注

    关注

    7

    文章

    405

    浏览量

    51995
  • 测温电路
    +关注

    关注

    4

    文章

    46

    浏览量

    23381
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    电阻接地系统如何选择电阻值电阻值选择的注意事项。电阻器在中性点接地电阻柜中的应用

    在选择电阻值时,需要注意以下几个方面: 系统特性: 确认系统的电压等级、容量、接地方式(直接接地、经电阻接地等)。 考虑系统的暂态和稳态稳定性要求。 故障电流限制: 确保电阻值能够将故障电流限制在
    的头像 发表于 11-21 09:37 80次阅读

    热敏电阻测温仪的原理和探头封装种类

    电阻值会随着温度的变化而改变。 根据温度系数的不同,热敏电阻可以分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。 PT
    的头像 发表于 11-21 08:53 30次阅读
    热敏<b class='flag-5'>电阻</b><b class='flag-5'>测温</b>仪的原理和探头封装种类

    贴片电阻阻值怎么选择?

    在选择贴片电阻阻值时,需要考虑多个因素以确保电阻器能够满足电路的设计需求和工作条件。以下是一些关键的选择步骤和注意事项:   1. 明确电路设计
    的头像 发表于 08-30 14:59 260次阅读

    电路电阻烧坏了怎么确定电阻值

    在电子电路中,电阻是一种非常重要的元件,用于限制电流的流动。当电路板的电阻烧坏时,我们需要确定其电阻值以便进行更换或修复。
    的头像 发表于 08-27 09:41 614次阅读

    NTC热敏电阻的使用范围、工作原理及特性

    负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient Thermistor,简称NTC)是一种随温度变化而改变其电阻值的半导体元件。 一、NTC热敏
    的头像 发表于 07-18 14:22 2281次阅读

    揭秘测温NTC热敏电阻器的工作原理

    NTC热敏电阻器的阻值与温度的关系是近似符合指数函数规律的,并可做出电阻-温度特性曲线,阻值与温度成一一对应的关系,利用
    发表于 03-07 11:15 566次阅读
    揭秘<b class='flag-5'>测温</b>型<b class='flag-5'>NTC</b>热敏<b class='flag-5'>电阻</b>器的工作原理

    热敏电阻有极性吗 NTC热敏电阻精度是由什么决定的?

    热敏电阻有极性吗 NTC热敏电阻精度是由什么决定的? 热敏电阻是一种电阻值会随温度变化而变化的电
    的头像 发表于 02-02 10:40 2003次阅读

    ntc热敏电阻型号及参数 ntc热敏电阻怎么接线

    的型号及参数 NTC热敏电阻的型号及参数因厂家不同而有所差异。下面是一些常见的NTC热敏电阻型号及其典型参数的介绍。 MF52系列 MF52系列是一种常见的
    的头像 发表于 01-31 15:35 1.1w次阅读

    ntc热敏电阻型号及参数 PTC和NTC的两种典型应用

    NTC热敏电阻的型号及参数: NTC热敏电阻型号:NTC热敏电阻根据其响应特性和参数可分为多种型
    的头像 发表于 01-30 10:00 3197次阅读

    ntc热敏电阻阻值与温度的关系

    NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻是一种根据温度变化而改变阻值的电子元件。它的电阻值随着温度的升高而减小,因此被广泛应用于温度测量和控制
    的头像 发表于 01-15 14:03 3287次阅读

    ntc热敏电阻阻值与温度的关系

    NTC(Negative Temperature Coefficient)热敏电阻是一种随温度变化而改变电阻值的电子元件。它的电阻值会随着温度的升高而下降,这种特性使得
    的头像 发表于 01-11 17:46 2239次阅读

    NTC热敏电阻选型要点

    NTC热敏电阻选型要点  热敏电阻NTC热敏电阻)是一种基于热效应的电阻器件,其
    的头像 发表于 01-03 10:24 2544次阅读

    电阻上的数字是什么意思?如何通过数字辨别电阻值

    电阻上的数字是什么意思?如何通过数字辨别电阻值电阻是电子元件中常见的一种,它用于控制电流的流动,限制电路中的电流大小。而电阻上的数字则是
    的头像 发表于 12-07 13:53 4727次阅读

    电阻测温电路设计电阻阻值测量方法

    平时经常会遇到一些需要测温的场合,可以用的器件很多,比如ds18b20,dht11这种有源器件,或者热电偶,铂电阻NTC热敏电阻等无源器件。今天主要分享的是一个网上看到的铂
    的头像 发表于 12-03 14:54 4211次阅读
    铂<b class='flag-5'>电阻</b><b class='flag-5'>测温</b><b class='flag-5'>电路设计</b>和<b class='flag-5'>电阻</b><b class='flag-5'>阻值</b>测量方法

    色环电阻怎么看电阻值

    色环电阻是一种常见的电子元件,用于限制电流、分压、匹配阻抗等电路应用。它的工作原理是利用电阻材料的电阻特性,通过改变其长度、截面积和材料的电阻
    的头像 发表于 12-01 14:00 1947次阅读