通過簡單的無源接口從 NTC 熱敏電阻獲得積極結(jié)果
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-06-07 17:28:44
典型的 NTC 熱敏電阻的數(shù)據(jù)表(例如,Molex 2152723605)用四個參數(shù)(公式 1 至 5)總結(jié)了熱電特性,如圖1所示(數(shù)字借用自 2152723605 數(shù)據(jù)):
To = 額定/校準溫度 (25°C = 298.15 K) (1)
Ro = To 時的電阻 (10k ±1%) (2)
b = beta (3892 K) (3)
耗散 (自熱) 因數(shù) (1.5 mW/°C) (4)
然后,熱敏電阻電阻 ( Rt ) 與開爾文溫度 ( T )的關(guān)系可預(yù)測為:
Rt=Roexp ( b(T -1 -To -1 ))(5)
應(yīng)用經(jīng)典的 KISS 原理,我們在圖 1 中看到了一個簡單的電路候選,該電路用于從熱敏電阻中獲取信號,并進行了一些基本的數(shù)學運算以從其輸出和上面的參數(shù) 1、2 和 3 中篩選出溫度測量值。
直覺表明,數(shù)學也證實,(至少接近)選擇是使 Rx 等于應(yīng)用所需的溫度測量范圍中間的熱敏電阻。所述中點溫度(稱為 Tx)將輸出 V = Vref/2,從而在測量范圍內(nèi)對稱分布 ADC 分辨率。公式 5 告訴我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)這一點。
假設(shè)我們選擇 0 o C 至 100 o C的測量范圍,則 Tx = 50 o C = 323.15 K,公式 5 的算術(shù)告訴我們(使用 2152723605 的數(shù)字):
Rx = Ro exp (b(Tx -1 – To -1 ))
Rx = 10000 exp (3892(323.15 -1 – 298.15 -1 ))
Rx = 3643 (接近的標準 1% 值 = 3650)
現(xiàn)在,如果我們方便地選擇 Vref = 5V 作為 Rx 輸入和 ADC 參考輸入(因為這是一個比率測量,Vref 的相對不重要),我們可以設(shè)置:
X = ADC/2 N = V/Vref
然后,
T = ( Ln (X/(1 – X))/b + Tx -1 ) -1
o C = ( Ln (X/(1 – X))/3892 + 0.003095) -1 – 273.15
工作完成了!
是嗎?耗散(自熱)系數(shù) (1.5 mW/°C) 怎么樣?
我們顯然不希望熱敏電阻自熱顯著干擾溫度測量。自熱誤差的合理限度可能是半度,對于 2152723803 的 1.5 mW/°C 來說,這將決定將耗散限制在不超過:
Pmax = (1.5毫瓦)/2 = 0.75毫瓦
當 Rt = Rx 時,耗散為Vref 2 /4/Rx,因此在這種情況下 Vref = 5 V 將是:
Pmax = Vref 2 /4/Rx
= 25/4/3650
= 1.7 mW
= 1.1°C
哎呀!這比規(guī)定的自熱誤差高出兩倍多。該怎么辦?不用擔心,圖 2給出了解決方案。
再次浸入 2152723605 數(shù)字并保持 Vdd = 5 V:
Rvdd = 25/4/(0.75 mW) – 3650
Rvdd = 8333 – 3650 = 4.7k
Pmax = 0.749 mW
2.8 V < Vref < 5 V
請注意,如果圖 2 的數(shù)學運算得出 Rvdd 的值為零或負值,則不需要 Rvdd,并且原始圖 1 的電路將正常工作。
盡管 Vref 會隨 Rt 和溫度而變化,但外部參考單片 ADC 通常對所示范圍內(nèi)的 Vref 變化具有很強的容忍度,并且可以執(zhí)行準確的比例轉(zhuǎn)換。
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