NTC測(cè)溫電路設(shè)計(jì)方案

SCD----NTC測(cè)溫電路

引言：高精度的NTC溫度測(cè)量也需要精密信號(hào)測(cè)量，ADC采集，甚至是電路線性化和補(bǔ)償。熱敏電阻是無(wú)源器件，本身自己不會(huì)產(chǎn)生任何電信號(hào)，所以需要使用輸入電流或電壓來(lái)測(cè)量傳感器的電阻，即讓一個(gè)小電流經(jīng)過(guò)傳感器以產(chǎn)生電壓，如下是三個(gè)考慮要點(diǎn)：

1：選擇激勵(lì)電壓/電流

2：優(yōu)化熱敏電阻信號(hào)

3：如何選擇熱敏電阻

1.電流源輸入

圖18-1：電流源輸入NTC配置

如圖18-1所示，采用恒定電流作為輸入，Rsense為固定電阻，那么VRsense上就會(huì)產(chǎn)生固定的參考基準(zhǔn)電壓，RTH上就會(huì)產(chǎn)生浮動(dòng)電壓。ADC采集Vout進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算就可以得到當(dāng)前NTC位置的溫度。因?yàn)檫@種配置有固定參考基準(zhǔn)電壓的存在，恒流Iout的任何誤差都會(huì)被抵消，所以Iout本身就不需要非常精準(zhǔn)穩(wěn)定。恒流配置通常比恒壓配置更受歡迎，因?yàn)樗艹錾乜刂旗`敏度，而且當(dāng)傳感器位于遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，它具有更好的抗干擾能力。這種類型的偏置常用于電阻值較低的熱敏電阻（因?yàn)檩斎腚娏魍ǔ２粫?huì)很小，較大的阻值會(huì)帶來(lái)額外的功耗）。

但是對(duì)于電阻值較大且靈敏度較高的熱敏電阻，溫度變化所產(chǎn)生的信號(hào)電平會(huì)較大，此時(shí)應(yīng)使用固定電壓輸入。

2.電壓源輸入

圖18-2：電壓源輸入配置

如圖18-2所示為恒壓配置，也是使用最為廣泛的配置，恒壓配置如圖左采用普通的參考配置電阻R，測(cè)量R兩端電壓，通過(guò)歐姆定律分配得到RTH的值，就可以計(jì)算此時(shí)NTC所處的溫度。圖右是采用精密的參考配置電阻Rsense，其中激勵(lì)電壓也用作ADC基準(zhǔn)電壓。

3.配置方式

無(wú)論使用恒流還是恒壓配置，建議都使用比率式配置，即Rsense=RTH（25℃），以便將它處于25°C標(biāo)稱溫度時(shí)的輸出電壓設(shè)置為基準(zhǔn)電壓的中間值，其中基準(zhǔn)電壓和NTC電壓是從同一恒定源獲得（串聯(lián)），這意味著輸入源的任何變化都不會(huì)影響測(cè)量的精度。選擇用來(lái)為熱敏電阻和Rsense供電的基準(zhǔn)電壓與用于測(cè)量的ADC基準(zhǔn)電壓相同，則整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)就是比率式測(cè)量配置，任何與恒壓源相關(guān)的誤差都會(huì)被消除。

比率式配置小結(jié)：

1：Rsense=RTH

2：Vin=V_ADC

常用的配置結(jié)構(gòu)：

一般來(lái)說(shuō)，NTC的阻值常用有以下幾種：10KΩ、47KΩ、100KΩ、150KΩ、220KΩ、470KΩ，并以10KΩ和100KΩ居多，下面的式子我們均以100KΩ代入演示。

圖18-3：常規(guī)配置

圖18-4：拓展配置

4.兩種計(jì)算方式

第一種就是器件讀取到某一溫度下的RTH值之后，MCU的ADC采集到電壓換算到當(dāng)前溫度電阻值RT后，使用如下公式計(jì)算出T1：

T1：環(huán)境溫度

T2：(273.15+25)

B值：熱敏電阻的重要參數(shù)

RT：熱敏電阻在T1溫度下的阻值

第二種就是分段法，獲取NTC的R-T表，將測(cè)溫范圍劃分為若干個(gè)區(qū)間，假設(shè)0-100℃劃分為10個(gè)區(qū)間，這樣就可以得到9個(gè)線段，然后求出9個(gè)一元一次方程的解，把ADC測(cè)出的RTH值代入對(duì)應(yīng)阻值所屬區(qū)間方程里，就可以求出對(duì)應(yīng)溫度，當(dāng)然隨著劃分的區(qū)間越多，結(jié)果越精確。不過(guò)還有另外一種查表法則更為準(zhǔn)確，即將R-T表整個(gè)錄入程序中，將采集到的RTH進(jìn)行查表匹配，缺點(diǎn)是耗費(fèi)計(jì)算資源。

5.NTC的選擇

NTC在25℃時(shí)的標(biāo)稱電阻從幾歐姆到10MΩ不等，與RTD相比，熱敏電阻每攝氏度的阻值變化更大。NTC的高靈敏度和高阻值使得其前端電路比RTD簡(jiǎn)單的多，因?yàn)闊崦綦娮璨恍枰魏翁厥獾慕泳€配置來(lái)補(bǔ)償引線電阻，熱敏電阻設(shè)計(jì)僅僅使用簡(jiǎn)單的2線式配置。

標(biāo)稱電阻較低的熱敏電阻，支持的溫度范圍通常也較低，例如-50℃-70℃，標(biāo)稱電阻較高的熱敏電阻，則可支持最高300℃的溫度。

熱敏電阻元件有珠狀、徑向和SMD等形態(tài)，珠狀熱敏電阻采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層或玻璃封裝，以提供額外保護(hù)。環(huán)氧樹(shù)脂涂層珠狀熱敏電阻、徑向和SMD熱敏電阻適用于最高150°C的溫度，玻璃涂層珠狀熱敏電阻適用于高溫測(cè)量。所有類型熱敏電阻的涂層/封裝還能防止腐蝕，一些熱敏電阻還具有額外的外殼，以在惡劣環(huán)境中提供進(jìn)一步的保護(hù)。

與徑向/SMD熱敏電阻相比，珠狀熱敏電阻具有更快的響應(yīng)時(shí)間，但是后者不如前者那么穩(wěn)健，因此使用何種熱敏電阻取決于最終應(yīng)用和熱敏電阻所處的環(huán)境。熱敏電阻的長(zhǎng)期穩(wěn)定性取決于制造材料及其封裝和結(jié)構(gòu)，例如環(huán)氧樹(shù)脂涂層的NTC熱敏電阻每年可能變化0.2℃，而密封的熱敏電阻每年僅變化0.02℃，不同熱敏電阻有不同的精度，標(biāo)準(zhǔn)熱敏電阻的精度通常為0.5°C至1.5°C。