NTC热敏电阻的线性化及其应用

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《自动化仪表》第25卷第9期　2004年9月

3　控制系统软件的设计

系统控制软件包含主程序、显示子程序、A/D转换子程序、键盘子程序、PID及纯滞后补偿子程序、定时中断子程序、PWM子程序7个模块。控制算法程序流程如图6所示。

PID参数、PWM周期均可调。因此,该算法可适应于各

类电热管加热类负载。

参考文献

1　王福瑞,等.单片微机测控系统设计大全[M].北京航空航天大学

出版社,1998.4:338～350

2　赖寿宏.微型计算机控制技术[M].机械工业出版社,2000:88～1003　邹其洪,李传琦,赵艳辉,王旭东.用算法实现工业窑炉微机温度

4　结束语

应用PWM算法的电加热系统控制算法有效地解决了一阶惯性加纯滞后环节类对象易引起系统产生超调或者振荡、从而使系统稳定性降低的问题,整个系统硬件构成简单,控制精度高,超调小,可靠性高,而且

控制[J].计算机自动测量与控制,2002(1):35～36

　　修改稿收到日期:2004-04-27。

第一作者张秀香,女,1956年生,1983年毕业于甘肃电大电子专业大专班,实验师;主要从事自动化技术、计算机智能控制技术的教学与应用研究,在国内刊物上发表多篇论文。

NTCLinearizationandApplicationofNTCThermistor

沙占友　王彦朋　杜之涛

(河北科技大学,石家庄　050054)

摘　要　介绍了负温度系数(NTC)热敏电阻的特性,阐述了NTC热敏电阻线性化的原理、改善NTC热敏电阻非线性的方法及其在测温系统中的应用。

关键词　NTC热敏电阻　温度系数　非线性　智能温度传感器　单片机

Abstract　Thecharacteristicsofnegativetemperaturecoefficient(NTC)thermistorareintroduced,andtheprincipleoflinearizationofNTCthermistoraredescribed.Themethodofhowtoimprovenon2linearityofNTCthermistorisstatedandapplicationsintemperaturemeasurementsystemareexpound2ed.

Key　words　NTCthermistor　Temperaturecoefficient　Non2linearity　Intelligenttemperaturetransducer　Singlechipcomputer

　　NTC(负温度系数)热敏电阻的测温范围比集成温

),而价格又比铂热电阻度传感器宽(最高可达+250℃

dRαT=

RT

dT

(1

)

低廉,被广泛应用于工业测温领域。但由于NTC热敏电阻属于非线性元件,因此必须进行线性化处理。利用外部电阻和智能温度传感器来实现NTC热敏电阻线性化的方法,其优点是电路简单、成本低廉,可同时对多路NTC热敏电阻做线性化处理,并能在此基础上构成多通道温度测量系统。

1　NTC热敏电阻的特性

NTC热敏电阻的电阻值(RT)与热力学温度(T)

图1　电阻值与热力学温度的典型曲线

的典型曲线如图1所示。由图可见,当温度升高时

RT迅速减小。NTC热敏电阻温度系数αT的定义式可表示为28

　　NTC热敏电阻值与热力学温度的准确表达式为

RT=Ae

B/T

(2)

式中:A、B为由半导体材料和加工工艺所决定的两个

PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION,Vol.25,No.9,Sep.,2004

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NTC热敏电阻的线性化及其应用　沙占友,等

常数,B值为热敏指数。

设在某一温度T0下的电阻值为RT0,有关系式

RT0=Ae

B/T0

MAX6691内部主要包括5部分:①1124V基准电

压源;②由四选一模拟开关构成的多路转换器(MUX);

(3)

③缓冲放大器;④PWM转换器及单线I/O接口;⑤控制逻辑。外围元件中,RT～RT代表4只NTC热敏电

1

4

将式(2)除以式(3)后得到

RT=RT0e

(T0-T)/T0 B T

(4)

阻,RExt为外部电阻,RC为I/O端上拉电阻,C为滤除电源噪声的电容。

MAX6691的测温原理如下:首先通过自动切换多

对式(4)两边取对数后整理成

B=

T0T(lnRT-lnRT)

T0-T

(5)

路转换器(MUX)依次检测4只NTC热敏电阻的电压,然后进行缓冲放大,再利用PWM转换器把电压信号变成脉宽信号,由单线I/O接口送给单片机(μC),最后由μC分别计算出4路被测温度的数值。测量准确度为

015%,015%温度

利用式(5)可以计算出B值。

最后将式(2)代入式(1)中并进行微分后可得到αT=

Ae

B/T

AeB/T-2

T=-2T

(6)

这表明αT并非一个常数,而是温度的函数,它与热力学温度的平方成反比,且为一负值。由此可见,NTC,度升高而减小,这是造成原因。

值),,一旦出现6691处于休眠模式,I/O端呈高电UCC。测量开始时,单片机首先把I/O端置成低电

μ平并至少保持5s时间,然后释放I/O端。MAX6691的T1～T4端就依次连接到热敏电阻RT～RT上,再经

1

4

2　NTC通常利用单片机对NTC热敏电阻进行线性化,不仅电路复杂,而且要做大量的计算。下面介绍一种利用四通道智能温度传感器MAX6691实现NTC热敏电阻线性化的电路,如图2所示。T1～T4分别接4只热敏电阻。在R+与R-之间接外部电阻RExt。UCC、G

ND分别为电源端和地。I/O为漏极开路的单线输入/输

Ω的上拉电阻。该芯片适配热敏电出接口,外部接10k阻并具有单线I/O接口。

过RExt接基准电压URef,测量过程需102ms(典型值)。测量结束时,MAX6691先把I/O端拉成低电平并保持

μ125s,然后按照顺序输出4个脉宽信号tH(tH1～tH4),

tH即表示高电平持续时间,它与外部电阻RExt上的压

降UExt成正比。tL代表低电平持续时间,它与URef成正比,因URef为固定值,故tL恒定不变,tL=419ms。tH/

tL比值的表达式为

[3]

=-0.0002=-0.0002(7)tLURefRExt+RTRT=

tH/tL+0.0002

-1 RExt(8)

利用单片机很容易测出每一路温度所对应的tH/tL比值,进而计算出RT值,再根据外部存储器中的RT与温度对照表确定该路温度值。测量过程中,若检测到第3路热敏电阻RT发生了开路或短路故障,则输出的

3

μs的窄脉冲,第3个脉宽信号就变成了脉宽仅为122

称之为故障脉冲,其脉宽小于5%tL。利用这一特点,μC很容易识别出来并通过故障报警使扬声器发声。

图2　NTC热敏电阻线性化电路

MAX6691既可配负温度系数(NTC)热敏电阻,又

3　改善NTC热敏电阻非线性的方法及使用注

可配正温度系数(PTC)热敏电阻。在测量气体或液体温度时,使用NTC热敏电阻更为普遍。热敏电阻的测温范围可以超出芯片的工作温度。例如配10K3A1IA型NTC热敏电阻时,MAX6691的测温范围是-80℃～

+150℃,而MAX6691的工作温度范围仅为-55℃～+125℃。

意事项

　　NTC热敏电阻与温度呈非线性关系,必须进行线性化处理。具体方法是首先给RT串联一只合适的外部电阻RExt,然后接到1124V基准电压URef上,再利用

MAX6691测量RExt上的电压,即可在所选温度范围内

将NTC热敏电阻的非线性减至最小。

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《自动化仪表》第25卷第9期　2004年9月计算RExt的步骤如下:

(1)确定所要测量的温度范围(例如0℃);～+70℃(2)在该温度范围内确定热敏电阻的最小值Rmin

(对应于最高温度,例如+70℃)、最大值Rmax(对应于)和中间值Rmid(对应于中间温度,这最低温度,如0℃);里为+35℃

(3)最后,利用下式计算出RExt值[3]:

RExt=

R(R+R)-RRRmax+Rmin-2Rmid

(9

)

图4　线性化前后的电阻值-温度特性曲线

　　在改善NTC热敏电阻 …… 此处隐藏：3507字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……