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关于解决热敏电阻的非线性问题

如果您打算在整个温度范围内均使用热敏电阻温度传感器件,那么该器件的设计工作会颇具挑战性。热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件,因此当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时,该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是,如何利用线性adc以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。
“热敏电阻”一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型,分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高精度温度测量。要确定热敏电阻周围的温度,您可以借助steinhart-hart公式:t=1/(a0+a1(lnrt)+a3(lnrt3))来实现。其中,t为开氏温度;rt为热敏电阻在温度t时的阻值;而a0、a1和a3则是由热敏电阻生产厂商提供的常数。
热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变,而这种改变是非线性的,steinhart-hart公式表明了这一点。在进行温度测量时,需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流,以创建一个等效电压,该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表,尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法,但您还是需要一个高精度转换器用于在出现值温度时进行数据捕获。
另一种方法是,您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低精度的adc。其中一种技术是将一个电阻rser与热敏电阻rtherm以及参考电压或电源进行串联(见图1)。将pga(可编程增益放大器)设置为1v/v,但在这样的电路中,一个10位精度的adc只能感应很有限的温度范围(大约±25°c)。
请注意,在图1中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加pga的增益,就可以将pga的输出信号控制在一定范围内,在此范围内adc能够提供可靠地转换,从而对热敏电阻的温度进行识别。
微控制器固件的温度传感算法可读取10位精度的adc数字值,并将其传送到pga滞后软件程序。pga滞后程序会校验pga增益设置,并将adc数字值与图1显示的电压节点的值进行比较。如果adc输出超过了电压节点的值,则微控制器会将pga增益设置到下一个较高或较低的增益设定值上。如果有必要,微控制器会再次获取一个新的adc值。然后pga增益和adc值会被传送到一个微控制器分段线性内插程序。
从非线性的热敏电阻上获取数据有时候会被看作是一项“不可能实现的任务”。您可以将一个串联电阻、一个微控制器、一个10位adc以及一个pga合理的配合使用,以解决非线性热敏电阻在超过±25°c温度以后所带来的测量难题。
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