f于NTC热敏电阻的三种高精度测温系统研究
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ntc热敏电阻阻值精度与温度精度的关
系式
NTC热敏电阻的阻值与温度之间有一个精确的函数关系,即$R=f(T)$,其中,$R$表示阻值,$T$表示温度,$f(T)$表示$T$温度时的阻值。
温度升高,NTC热敏电阻的阻值也会随之升高,温度降低,NTC热敏电阻的阻值也会随之降低。
NTC热敏电阻阻值精度与温度精度的关系式较为复杂,一般近似表示为公式$R=R_0\times e^{B\left(\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2}\right)}$,其中$R$是热敏电阻在$T_2$常温下的标称阻值,$B$值是热敏电阻的重要参数,$T_1$和$T_2$指的是$K$度即开尔文温度,$K$度=273.15+摄氏度。
NTC热敏电阻的阻值精度和温度精度之间的关系式受到多种因素的影响,实际应用中需要根据具体情况进行分析和计算。
ntc热敏电阻采样电路引言热敏电阻是一种特殊的电阻器件,其电阻值会随着温度的变化而发生变化。
这一特性使得热敏电阻被广泛应用于温度测量领域。
ntc热敏电阻是一种负温度系数热敏电阻,即其电阻值随温度的升高而下降。
为了精确测量温度,需要将ntc热敏电阻连接到一个采样电路中。
采样电路的作用采样电路的主要作用是将ntc热敏电阻的阻值转换为可供测量的电压或电流信号。
通过采样电路,可以实现对温度的准确测量和实时监测。
采样电路的设计要求线性度采样电路的设计应使得ntc热敏电阻的阻值与输出电压或电流之间能够建立线性关系。
这样可以确保测量结果的精确性。
稳定性采样电路应具有良好的稳定性,避免受到环境温度、电源电压波动等因素的影响。
稳定的采样电路可以提高测量的准确性和可靠性。
响应速度采样电路的响应速度应尽可能快,以便及时反映温度的变化。
这对于一些需要实时监测温度的应用场景非常重要。
采样电路的工作原理采样电路通常由ntc热敏电阻、电压或电流源、运放等组成。
其工作原理如下:1.电流源给ntc热敏电阻提供稳定的电流。
2.ntc热敏电阻的阻值随温度变化而变化,从而引起其两端的电压或电流变化。
3.电压或电流信号通过运放进行放大,得到可供测量的输出信号。
4.输出信号经过滤波电路后,可以直接用于测量或控制。
采样电路的设计步骤步骤1:确定电流源首先需要确定合适的电流源,可以通过选择适当的电阻和恒压源来实现。
电流源的稳定性和输出范围要满足采样电路的要求。
步骤2:选择运放运放是采样电路中的核心元件,用于放大ntc热敏电阻产生的信号。
选择合适的运放需要考虑以下因素:•输入偏置电流:要尽量选择输入偏置电流小的运放,以避免对测量结果的影响。
•带宽:根据需求确定合适的带宽,以保证信号的准确放大。
•输出电流或电压:根据外部测量设备的要求选择合适的输出电流或电压。
步骤3:测量和校准在设计完成后,需要进行测量和校准以保证采样电路的准确性。
可以使用标准温度计作为参考,在不同温度下测量输出信号,并与标准值进行比较。
半导体热敏电阻特征研究(平衡电桥)热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟敏感元器件。
热敏电阻器经典特点是对温度敏感, 不一样温度下表现出不一样电阻值。
根据温度系数不一样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)以及临界温度热敏电阻(CTR)。
正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大, 常见正温度系数电阻有BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为关键成份烧结体; 负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低, 该电阻材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上金属氧化物进行充足混合、成型、烧结等工艺而成半导体陶瓷。
热敏电阻关键特点是: ①灵敏度较高, 其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上, 能检测出10-6℃温度改变; ②工作温度范围宽, 常温器件适适用于-55℃~315℃, 高温器件适用温度高于315℃(现在最高可达成℃), 低温器件适适用于-273℃~55℃; ③体积小, 能够测量其她温度计无法测量空隙、腔体及生物体内血管温度; ④使用方便, 电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择; ⑤易加工成复杂形状, 可大批量生产; ⑥稳定性好、过载能力强。
所以, 它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛应用。
一、试验目1.了解热敏电阻电阻---温度特征和测温原理2.掌握惠斯通电桥原理和使用方法二、试验原理1.半导体热敏电阻电阻-温度特征半导体热敏电阻基础特征是它温度特征, 而这种特征又是与半导体材料导电机制亲密相关。
因为半导体中载流子数目随温度升高而按指数规律快速增加。
温度越高, 载流子数目越多, 导电能力越强, 电阻率也就越小。
所以热敏电阻伴随温度升高, 它电阻将按指数规律快速减小。
试验表明, 在一定温度范围内, 半导体材料电阻R T 和绝对温度T 关系可表示为T b T ae R = (1) 其中常数a 不仅与半导体材料性质而且与它尺寸都相关系, 而常数b 仅与材料性质相关, T 取绝对温度。
NTC电阻测温误差引言NTC(Negative Temperature Coefficient)电阻是一种温度敏感元件,其电阻值随温度的变化而变化。
在温度测量领域,NTC电阻被广泛应用于温度传感器中。
然而,由于各种因素的影响,NTC电阻在温度测量中存在一定的误差。
本文将深入探讨NTC电阻测温误差的原因、影响因素以及可能的解决方法。
误差来源NTC电阻测温误差的产生主要有以下几个方面:1. 线性度误差NTC电阻的温度-电阻特性通常是非线性的,即电阻值与温度之间的关系不是简单的线性函数。
这就导致了在不同温度范围内,电阻值与温度之间的换算存在一定的误差。
2. 制造误差制造过程中存在一定的加工误差和材料参数不一致等问题,这些因素都会对NTC电阻的温度特性产生影响,从而导致测温误差的产生。
3. 环境影响NTC电阻的温度测量通常是在特定的环境条件下进行的,如温度梯度、湿度等。
这些环境因素会对NTC电阻的温度特性产生一定的影响,从而影响测温的准确性。
4. 电路误差在NTC电阻的测温电路中,由于电路元件的参数不精确或电路设计不合理等原因,都会对测温结果产生一定的误差。
影响因素NTC电阻测温误差的大小受多种因素的影响,下面列举了一些常见的影响因素:1. NTC电阻的特性NTC电阻的温度-电阻特性曲线越接近线性,其测温误差通常越小。
因此,选择具有较好线性特性的NTC电阻对于降低误差非常重要。
2. 温度测量范围NTC电阻的温度测量范围通常是有限的。
在超出其测量范围的温度下,NTC电阻的温度特性将发生较大变化,从而导致较大的测温误差。
3. 温度变化速度NTC电阻的温度变化速度越快,其测温误差通常越大。
这是因为在温度变化过程中,NTC电阻的瞬态响应时间较长,无法及时反映温度的变化。
4. 供电电压NTC电阻的测温误差还与供电电压有关。
过高或过低的供电电压都可能导致NTC电阻的电阻值与温度之间的关系发生变化,从而产生测温误差。
ntc电阻测温误差摘要:1.引言2.NTC 电阻简介3.NTC 电阻测温原理4.NTC 电阻测温误差分析5.减小NTC 电阻测温误差的方法6.总结正文:1.引言TC 电阻,即负温度系数电阻,是一种随温度变化而电阻值发生变化的电子元件。
在实际应用中,NTC 电阻常被用于温度检测,如测温传感器等。
然而,NTC 电阻在测温过程中可能存在误差,影响测量结果的准确性。
本文将针对NTC 电阻测温误差进行分析,并提出相应的解决方法。
2.NTC 电阻简介TC 电阻,即负温度系数电阻,是一种电子元件,其电阻值随温度的升高而降低。
NTC 电阻具有热敏特性,因此在很多应用场景中,可以利用这一特性来实现温度的检测与控制。
3.NTC 电阻测温原理TC 电阻测温的原理是基于热敏电阻的电阻值随温度变化的特性。
当NTC 电阻与被测物体接触时,其电阻值会随着被测物体的温度变化而变化。
通过测量这个电阻值的变化,就可以得到被测物体的温度。
4.NTC 电阻测温误差分析TC 电阻在测温过程中可能存在以下几种误差:(1) NTC 电阻自身的材料和参数误差:由于电阻材料和生产工艺的差异,不同型号的NTC 电阻的电阻值与温度之间的关系可能存在差异,从而影响测温的准确性。
(2) NTC 电阻与环境温度的影响:当NTC 电阻所处的环境温度与被测物体的温度不同时,NTC 电阻的电阻值会受到环境温度的影响,从而产生测温误差。
(3) 测量电路的误差:测量NTC 电阻的电路中,可能存在诸如电源电压波动、电阻桥路不平衡等问题,这些因素也可能导致测温误差的产生。
5.减小NTC 电阻测温误差的方法针对上述误差来源,可以采取以下措施减小NTC 电阻测温误差:(1) 选择参数匹配的NTC 电阻:根据被测物体的温度范围和精度要求,选择合适的NTC 电阻型号,以减小材料和参数误差。
(2) 采用恒温措施:通过采取恒温箱、恒温槽等设施,将NTC 电阻与环境温度隔绝,降低环境温度对NTC 电阻电阻值的影响。
热敏电阻的温度特性研究及其应用一、 实验目的1.了解热敏电阻和Cu50的基本结构及其应用。
2.研究热敏电阻的阻值与温度的关系,并测定电阻温度系数和热敏电阻材料常数。
3.比较Cu50的温度特性。
4.熟悉惠斯顿单臂电桥的工作原理和使用方法。
二、 实验原理物质的电阻值随温度而变化的现象称为热电阻效应。
在一定的温度范围内,可以通过测量电阻值的变化而进行温度变化的测量,这就是热电传感器的工作原理。
典型的热电传感器有热电偶、热电阻和热敏电阻。
其中,热敏电阻由半导体材料制成,它的电阻温度系数比金属的大几百倍,有着极其灵敏的电阻温度效应,同时它还具有体积小、反应快等优点。
热敏电阻是性能良好的温度传感元件,可以制成半导体温度计、湿度机、气压计、微波功率计等测量仪表,并广泛应用于工业自动控制。
热敏电阻按其电阻随温度变化的典型特性可分为三类,即负温度系数(NTC )热敏电阻,正温度系数(PTC )热敏电阻和临界温度电阻器(CTR )。
其中,NTC 型热敏电阻的电阻值会随温度上升而下降,且电阻随温度的变化范围较大。
热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图1所示。
图1NTC 型热敏电阻的电阻与温度的关系式为:T B T Ce R = (1)其中,T 为热力学温度,B 和C 都是与材料物理性质有关的常数,B 称作热敏电阻材料常数,一般为1500-6000K 。
热敏电阻的电阻温度系数T α定义为温度变化1℃时阻值的变化量与该温度下的阻值之比:dTdR R TT T 1=α (2)将式(1)代入上式中得: 2TBT -=α (3) 单位是K -1,一般为-2%~-6%K -1。
由式(3)可以看出,T α是随温度降低而迅速增大。
T α决定热敏电阻在全部工作范围内的温度灵敏度。
热敏电阻的测温灵敏度比金属热电阻的高很多。
Cu50是一种用铜丝做成的热电阻,它的电阻的阻值是随着温度线性变化的,在0℃时它的阻值为50Ω。
其电阻值计算公式为:Cu50的电阻值=实际温度值×k+50 其中k 为变化率,单位:Ω/℃。
基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要:本系统由TL431精密基准电压,NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集,A/D和D/A转换,单片机STC89C51为核心的最小控制系统,LCD1602的显示电路等构成。
温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。
该系统能够测量范围为0~100℃,测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值,并能够回调选定时刻的温度值,能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差,且有越限报警功能。
由于采用两个水泥电阻作为控温元件,更有效的增加了温度控制功能。
关键词: NTC TL431 温度线性转换Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D andD/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy +1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function.Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion目录1方案设计与论证 (3)1.1 整体设计方案比较和选择 (3)2 系统设计 (5)2.1 总体设计 (5)2.2各单元模块功能介绍及电路设计 (5)2.2.1 学习板电路 (5)2.2.2测温通道电路 (7)2.2.3 模数转换电路 (8)2.3 特殊器件的介绍 (8)3 软件设计 (9)3.1 软件流程图 (9)3.2 线性转换处理--线性插值 (10)4 系统测试 (11)4.1测试方法 (11)4.2 测试结果 (12)4.3结果分析 (14)5 结论 (14)参考文献 (14)附录: (15)附1:元器件明细表 (15)附2:仪器设备清单 (15)附3:电路图图纸 (16)附4:程序清单 (17)1方案设计与论证1.1 整体设计方案比较和选择温度测量和控制系统,基于NTC热敏电阻的特性进行设计。
ntc热敏电阻应用NTC (Negative Temperature Coefficient) 热敏电阻是一种温度敏感的电阻器件。
它的电阻值随着温度的变化而变化,当温度升高时,电阻值减小,反之,当温度降低时,电阻值增加。
NTC 热敏电阻广泛用于各种应用中,下面是一些常见的NTC热敏电阻的应用及其相关内容。
1. 温度测量:NTC热敏电阻可以用来测量环境中的温度变化。
它可以被连接到一个电路中,通过测量其电阻值的变化来间接测量温度的变化。
这种应用常见于家用电器,如空调、冰箱等。
2. 温度补偿:在一些电子设备中,NTC热敏电阻被用作温度补偿元件。
由于NTC热敏电阻的电阻值随温度变化而变化,因此可以用它来补偿其他元件在温度变化下的性能变化,以保持电路的稳定性。
这种应用常见于精密仪器,如测量仪器、温度控制装置等。
3. 温度保护:由于NTC热敏电阻对温度变化非常敏感,它可以被用来进行温度保护。
当连接到一个电路中,当温度升高到达预定的阈值时,NTC热敏电阻的电阻值会急剧变小,从而触发一个保护装置以断开电路或采取其他措施来保护电路。
这种应用常见于电源、电池、电动机等需要温度保护的设备。
4. 温度补偿:NTC热敏电阻还可以被用来对其他设备的温度进行补偿。
例如,在一些传感器中,温度可能对其测量结果产生影响,通过将NTC热敏电阻连接到传感器电路中,可以补偿因温度变化而造成的误差,提高传感器的精度和准确性。
5. 温度控制:NTC热敏电阻也可以用于温度控制系统中。
例如,在加热系统中,可以将NTC热敏电阻与一个控制装置连接,当温度达到设定值时,控制装置可以根据NTC热敏电阻的变化来控制加热元件的功率,从而实现对温度的精确控制。
总之,NTC热敏电阻是一种应用广泛的温度敏感电阻器件,在许多领域中都有重要的应用。
通过测量电阻值的变化,它可以用来测量温度、补偿温度、保护电路、补偿传感器误差和控制温度等。
以上只是一些常见的应用,随着技术的发展,NTC 热敏电阻还有更多创新的应用将会被发现。
热敏电阻测温电路概述热敏电阻(thermistor)是一种将温度变化转化为电阻变化的传感器。
热敏电阻测温电路是一种常见的温度测量方法,通过读取热敏电阻的电阻值来确定温度。
本文将介绍热敏电阻测温电路的工作原理、电路设计以及使用注意事项。
工作原理热敏电阻的电阻值与温度呈负相关关系,温度升高时电阻值减小,温度降低时电阻值增加。
这是因为热敏电阻的电阻值受其内部材料温度相关性的影响。
常见的热敏电阻有两种类型:PTC(正温度系数)和NTC (负温度系数)。
PTC热敏电阻的电阻值随温度升高而增加,而NTC热敏电阻的电阻值随温度升高而减小。
热敏电阻测温电路利用了热敏电阻温度-电阻特性的这一特点,通过测量电阻值来间接确定温度。
电路设计热敏电阻测温电路一般由以下几部分组成:1.热敏电阻:选择适当的热敏电阻类型和参数,根据测量范围和精度要求进行选择。
2.偏置电阻:为了减小热敏电阻的电阻变化对测量结果的影响,一般需要在热敏电阻和测量电路之间加入一个偏置电阻。
3.电桥:为了提高测量精度,常常使用电桥电路来测量热敏电阻的电阻值。
电桥电路一般由热敏电阻、偏置电阻和参考电阻组成。
4.读取电路:读取电桥电路的输出电压,通过将输出电压与参考电压进行比较,可以得到热敏电阻的电阻值,从而确定温度。
使用注意事项在设计和使用热敏电阻测温电路时,需要注意以下几点:1.热敏电阻的特性:了解选用的热敏电阻的温度-电阻特性,以及其额定工作范围和精度。
2.偏置电阻的选择:根据热敏电阻的特性和设计要求,选择适当的偏置电阻,以使热敏电阻的电阻变化对测量结果的影响最小化。
3.电桥电路的设计:根据热敏电阻的特性和设计要求,设计适当的电桥电路,以提高测量精度。
4.温度补偿:热敏电阻的温度-电阻特性可能受到环境温度的影响,在一些应用中,可能需要进行温度补偿以提高测量精度。
5.输出接口:根据实际需求,选择合适的输出接口(如模拟电压输出或数字信号输出),以便接入其他设备或系统。
ntc测温电路串联电阻的取值1.引言1.1 概述测温电路是一种常见的电路设计,用于测量环境温度。
其中,NTC (Negative Temperature Coefficient,负温度系数)是一种常用的热敏电阻,其电阻值随着温度的升高而下降。
本文旨在探讨在NTC测温电路中,串联电阻的取值问题。
串联电阻在测温电路中起到了重要作用,不仅可以调节整体的电路灵敏度,还可以提高测量精度,稳定性和抗干扰能力。
文章将首先介绍NTC测温电路的原理,解释NTC温度传感器如何通过变化的电阻值来反映环境温度。
接着,我们将重点讨论串联电阻在NTC 测温电路中的作用,包括其如何影响整体电路的灵敏度和准确性。
在结论部分,我们将提到影响NTC测温电路串联电阻取值的因素,例如环境温度范围,电路灵敏度要求以及电路稳定性的要求。
基于这些因素,我们将给出一些建议的串联电阻取值范围,以供电路设计者参考。
通过深入研究NTC测温电路串联电阻取值的问题,本文旨在帮助读者更好地理解和应用该类测温电路,提高电路的测量精度和稳定性。
1.2文章结构文章结构是指文章从引言到结论的组织和安排方式。
一个清晰的文章结构可以让读者更好地理解文章的内容和逻辑关系。
本文从引言、正文和结论三个部分构成。
引言部分概述了整篇文章的主题和目的。
通过简要介绍NTC测温电路和串联电阻的作用,引导读者对文章的主题有一个初步了解。
接着,引言中指出文章的结构,即正文和结论两个部分,并提供了每个部分的子标题,以便读者可以更好地理解文章的内容框架。
正文部分包括了NTC测温电路的原理和串联电阻的作用。
首先,通过介绍NTC测温电路的原理,包括NTC热敏电阻的特性和工作原理,为后续讨论打下基础。
然后,详细阐述了串联电阻在NTC测温电路中的作用,包括如何影响电路的稳定性、精度和响应速度等方面的内容。
同时,还可以探讨不同取值的串联电阻对测温电路性能的影响,以提供读者选择合适电阻取值的参考。
结论部分总结了文章的主要观点和研究结果。
ntc热敏电阻电路设计引言热敏电阻(NTC)是一种基于温度变化而改变电阻值的电子元件。
在电路设计中,NTC热敏电阻常被用于测量温度、温度补偿和温度控制等应用。
本文将深入探讨NTC热敏电阻电路的设计原理、特性及应用。
一、NTC热敏电阻的基本原理NTC热敏电阻的电阻值随温度的升高而降低,具有负温度系数。
其基本原理是:在NTC热敏电阻内部,电子和空穴的浓度随温度的升高而增加,导致载流子的浓度增加,从而使电阻值下降。
二、NTC热敏电阻的特性1. 温度-电阻特性曲线NTC热敏电阻的温度-电阻特性曲线呈指数关系,即温度每升高1摄氏度,电阻值下降的幅度随温度的升高而增大。
2. 灵敏度NTC热敏电阻的灵敏度是指单位温度变化引起的电阻变化。
灵敏度越高,NTC热敏电阻对温度变化的响应越敏感。
3. 热时间常数热时间常数是NTC热敏电阻温度响应速度的指标,表示电阻值变化至稳定值所需的时间。
热时间常数越小,NTC热敏电阻的响应速度越快。
三、NTC热敏电阻电路设计NTC热敏电阻常用于温度测量、温度补偿和温度控制等电路中。
下面将介绍几种常见的NTC热敏电阻电路设计。
1. 温度测量电路温度测量电路是最常见的NTC热敏电阻应用之一。
该电路通过测量NTC热敏电阻的电阻值来间接测量温度。
一种简单的温度测量电路如下: - 连接一个恒流源和NTC热敏电阻,形成电压分压电路。
- 将NTC热敏电阻的电阻值与温度之间的关系通过查找表或数学模型来确定。
2. 温度补偿电路在某些电路中,温度的变化会导致其他元件的性能发生变化,从而影响整个电路的工作稳定性。
为了解决这个问题,可以使用NTC热敏电阻作为温度补偿元件,以调整其他元件的工作参数,使电路在不同温度下保持稳定。
3. 温度控制电路温度控制电路利用NTC热敏电阻的特性,实现对温度的精确控制。
一种常见的温度控制电路是基于PID控制算法的闭环控制系统,其中NTC热敏电阻用于测量温度,控制器根据测量值与设定值的差异来调整加热或冷却元件的工作状态。
大学热敏电阻实验报告摘要:热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻,具有许多独特的优点和用途,在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。
本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性,加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。
关键词:热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性1、引言热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。
因此,热敏电阻一般可以分为:Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。
国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。
由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。
大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数(简称PTC)的热敏电阻元件常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺,高温烧制而成。
这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。
载流子数目随温度的升高呈指数增加,载流子数目越多,电阻率越小。
应用广泛,除测温、控温,在电子线路中作温度补偿外,还制成各类加热器,如电吹风等。
2、实验装置及原理【实验装置】FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥,FQJ非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)以及控温用的温度传感器),连接线若干。
【实验原理】根据半导体理论,一般半导体材料的电阻率和绝对温度之间的关系为(1—1)式中a与b对于同一种半导体材料为常量,其数值与材料的物理性质有关。
热敏电阻测温校准
热敏电阻测温校准的步骤如下:
1.确认校准点:根据被测系统的要求和热敏电阻温度计的精度要求
来确定校准点,一般选择3~5个校准点,覆盖所需温度范围。
2.准备标准温度计:根据校准点选择标准温度计,要求标准温度计
满足高精度、低漂移等特点,在校准过程中作为参考。
3.准备校准装置:根据热敏电阻温度计的类型和校准点选择合适的
校准装置,并进行正确连接。
4.外观检查:检查热敏电阻测温仪的外观是否完好,有无破损、污
垢等问题。
5.校准零功率标称电阻值:在规定温度下测得的热敏电阻的初始电
阻值,用于验证测温仪的准确性和线性度。
6.验证电阻温度系数:验证热敏电阻测温仪的电阻温度系数是否符
合要求,以确定其测温的准确性。
7.验证耗散常数:验证热敏电阻测温仪的耗散常数是否符合要求,
以确定其热响应速度和测量精度。
完成以上步骤后,热敏电阻测温校准完成。
NTC热敏电阻常规知识介绍热敏电阻(NTC)是一种温度敏感的电子元件,它的电阻值随温度的变化而变化。
NTC热敏电阻由一种特殊的半导体材料制成,具有负温度系数,即电阻值随温度升高而下降。
在常规知识介绍中,我们将重点介绍NTC热敏电阻的原理、特性、应用以及选型等方面的知识。
一、原理NTC热敏电阻的电阻值与温度之间存在一种线性或非线性的关系。
一般来说,它的电阻值随温度的升高而下降,且变化比较敏感。
NTC热敏电阻的材料中含有大量的氧化物,当温度升高时,氧化物中的晶格运动加剧,导致导电能力增加,电阻值减小。
通过测量NTC热敏电阻两端的电阻值,就可以得到该点的温度。
二、特性1.温度响应快:NTC热敏电阻对温度的变化非常敏感,响应迅速;2.稳定性好:NTC热敏电阻的温度-电阻特性曲线相对稳定,波动较小;3.精度高:NTC热敏电阻能提供较高的温度测量精度;4.温度范围广:NTC热敏电阻的可测量温度范围广,一般可以达到-40℃至+300℃;5.可调性好:NTC热敏电阻的电阻值可以通过调整材料的成分来改变,可实现自定义温度响应特性。
三、应用1.温度测量和控制:NTC热敏电阻广泛用于温度传感器、温度控制仪表等设备中,用于测量和控制物体的温度。
比如温度计、恒温器、恒温箱等;2.电子产品:NTC热敏电阻常用于电子产品中,用于控制电路的温度保护和散热设计。
比如电源适配器、电脑主板、电视机等;3.动力电池:NTC热敏电阻可用于锂电池组的温度测量和保护,通过监测电池组的温度,避免发生过热或过冷现象,延长电池寿命;4.汽车电子:NTC热敏电阻在汽车电子系统中应用广泛,用于发动机温度监测、室内温度控制、电池管理等;5.医疗器械:NTC热敏电阻被应用于医疗器械中,如体温计等设备,在医疗测量中起到重要作用;6.工业自动化:NTC热敏电阻在各种工业控制系统中被广泛使用,用于温度监测和控制。
四、选型指南在选择NTC热敏电阻时,需要考虑以下因素:1.温度范围:选择能够满足实际需求的温度测量范围;2.精度等级:根据应用要求,选择合适的精度等级;3.响应时间:根据实际需求,选择响应时间较短的NTC热敏电阻;4.封装形式:根据实际应用的尺寸和安装要求,选择合适的封装形式;5.可靠性:选择可靠性较高的品牌和供应商。
第23卷第11期2010年11月
传感技术学报
CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSV01.23No.11
NOV.2010
StudywithHighPrecisiononThreeTypicalTemperature
MeasurementBasedonNTCThermistor
FANHanbai’,XIEHanhua(DepartmentofElearonwandCommunwatwnEngineering,NoahChinaElectricPowerUnivem如y,Baodingltebei071003,China)
Abstract:Aimingattherequirementofhish—precisiontemperaturemeasurement,thispaperpresentedthreetypicaltemperaturemeasurementsystemswithhigh—precisionbasedonNTCthermistor.Threesystemsareconstantvoltagesourcetemperaturemeasurementsystem,constantcurrentsourcetemperaturemeasurementsystem
anddouble—inte—
gralprincipletemperaturemeasurementsystem.Frommanyaspectslikethesystemconstitute,measureprinciple
ete,carryontheanalysiscomparisontotemperaturemeasurementsystem。andpointoutrespectivelyaeharacteris—
ticstothesethreekinds.Keywords:temperaturemeasurementsystem;NTCthermistor;constantvoltage;constantcurrent;double—inte-gral;high—precisionEEACC:7320Z;1270doi:10.3969/j.issn.1004—1699.2010.11.012
基于NTC热敏电阻的三种高精度测温系统研究范寒柏’,谢汉华(华北电力大学电子与通信工程系,河北保定071003)
摘要:针对高精度测温的要求,提出了三种基于NTC热敏电阻的高精度测温系统。分别为恒压式测温系统,恒流式测温系统和双积分式测温系统。从系统构成、测温原理等方面对这三种测温系统进行了分析比较,指出各自特点。关键词:测温系统;NTC热敏电阻;恒压式;恒流式;双积分式;高精度中图分类号:TP212.6文献标识码:A文章编号:1004-1699(2010)11—1576-04
目前,在工农业生产以及科学研究中等众多场合都需要高精度的温度测量。温度测量一般采用温度传感器,其中负温度系数NTC(NegativeTempera·tureCoefficient)热敏电阻器以其具有灵敏度高、体积小、电阻值大等良好的性能而被大量使用。NTC热敏电阻器大多是由Mn(锰)、Ni(镍)、Co(钴)、Fe(铁)、Cu(铜)等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料制成。由于热敏电阻器所使用的材料是半导体,因此不能在太高的温度下使用。NTC热敏电阻的阻值研(Q)一温度r(K)特性可用(1)式近似表示:1、Rr=Ro·expBI4-一寺I(1)式中,%(K)是基准温度(通常都把这个基准温度选定为0oC或者室温);R。(Q)是%时的电阻值;收稿日期:2010—05—17修改日期:2010—07—06B(K)是描述其电阻温度关系的材料常数…。本文中作者论述了三种以NTC热敏电阻为基础的高精度测温系统。分别为恒压式测温、恒流式测温、双积分式测温,并对三种测温系统的性能进行了分析与比对。
1高精度测温系统分析1.1恒压式测温系统恒压式测温系统框图如图I所示,主要由恒压源、NTC热敏电阻测温电桥、放大电路、A/D转换电路和单片机构成。基本工作原理为:测温电桥将热敏电阻随所测温度变化的电压信号输出,经过放大电路放大送入A/D转换器转换为数字量,最后送人单片机进行计算,得出热敏电阻R。的阻值,然后根据式(1)结合
万方数据第11期范寒柏,谢汉华-基于NTC热敏电阻的三种高精度测温系统研究1577
图1恒压式测温系统框图数值分析方法进行非线性拟合,最终得出所测温度值。不平衡电桥在测量电路中被得到广泛应用,但普通测温电桥如图2所示,由于电阻尺,存在温漂,会对电压输出端I,一带来误差。输出端y一电压为:n去y(2)当R。发生AR变化时,输出电压y一为:y一2i柿y(3)输出端y一误差为AV:AV=V一一V’一=雨R蒜R‰RRARy㈤(T+1)(T+l+)。若RT=R。=R,则.A......—R—△y=。—R湎y(5)4+彳当警=5%时,经计算误差△y=1.22%V,误差较大难以满足高精度测温系统的要求。针对普通测温电桥的这一缺点.作者提出如图1所示的测温电桥改进电路。该测温电桥可以有效降低输出误差,提高测温系统精度。如图l所示,p=揣y(6)由于尺。和R:所处环境相同,令R。=R:,当同时发生AR变化时,输出电压矿一为:y,:堡!±墨!±垒墨y(7)尺T+Rl+R2+2AR输出端y一误差为△y:AV=y一一∥一=雨采畿高‰2AR)y(8)(RT+R1+R2)(RT+Rl+R2+本系统选用25℃时,阻值为5kll的NTC热敏电阻,R。=R:=R=20kQ,此时若警=5%,经计算
输出端y一误差为:AV=0.24%V。当热敏电阻砩随温度变化为10kQ时,若警=5%,经计算输出端
V一误差为:△y=0.38%V。经比较,应用改进型桥式测温电路后,输出端y一误差与普通测温电桥相比大大减小,显著提高了测温系统的精度。该系统中恒压源由AD公司生产的高精度基准电压源AD780为测温电桥和A/D转换器提供基准电压,这样就形成了比值测量系统,因为比值工作,所以消除测量系统中的漂移误差,电压源变化不降低系统性能MJ。在远距离测温系统中,为了消除热敏电阻引线对测量精度的影响,可以采用三线制连接方案克服引线电阻的影响,提高测温系统精度。放大电路部分采用了AD公司生产的集成仪表放大器AD623作为该系统的放大器,它具有优良的共模抑制比,并且具有低功耗、宽电源范围,它可取代分立器件构成的仪表放大器,具有线性度优良、温度稳定性高和体积小、可靠性高等优点。AD623为系统的测量精度提供了可靠的保证。A/D转换器该系统采用了低功耗、高精度“bit乏一△模数转换器AD7791。经测试该测温系统完全达到了高精度测温的要求,测量准确度达到了0.1℃。该测温系统的不足在于虽然使用了改进型的桥式测温电路,但是测温电桥的输出误差无法完全消除,下面作者将分析一种恒流式测温系统,该系统与恒压式测温系统相比,精度更高。1.2恒流式测温系统恒流式测温系统框图如图3所示,主要由恒流源、NTC热敏电阻R,、取样电阻R、A/D转换电路和单片机构成。
万方数据1578传感技术学报第23卷l翠◇KⅣOUT鱼A/D片机唧
n一图3恒流式测温系统框图该系统恒流源由运算放大器和电压基准组成恒
流源电路。放大电路、A/D转换电路、单片机采用同恒压式测温系统相同的器件来保证测温系统的精度。该测温系统工作原理除前端从热敏电阻取压方式和A/D转换器获取基准电压源方式不同,其它工作原理基本和恒压式测温原理相同。NTC热敏电阻输出电压△y为:AV=IRT(9)经放大器放大输出%为:Vo=IRTA,’(10)取样电阻输出电压‰,为:‰EF=IR(11)A/D转换器输出数字量Code公式为:Code=2川×(AIN/‰EF)(12)AIN为输入A/D转换器电压模拟量。将式(10)和(11)代入式(12)中得,
Code:2Ⅳ×IR—TAv』“
=2N×/下XTZLIv(13)“
由式(13)可见,由于采用了恒流源,和取样电阻R为A/D转换器提供参考电压KEF,与所测热敏电阻电压构成了比值测量系统,这样就消除了由于恒流源漂移给系统带来的误差,同时该系统选用了精密电阻R作为取样电阻,使整个系统的测量精度主要取决于A/D转换器的分辨率,由于该系统采用了高精度24bit∑一△模数转换器,使整个系统达到了高精度测温系统的要求。在远距离测温系统中,为了消除引线电阻的影响,同样可以采用三线制连接方案消除引线电阻影响,提高测温系统精度,该系统经测试测量精度达到了0.01℃。1.3双积分式测温系统双积分式测温系统框图如图4所示,主要由NTC热敏电阻厩、积分电路、过零比较器、与门、计数器、多路模拟开关和单片机构成。‰+S,一飞匹Sl猡多路模拟开关啸堕片机图4双积分式测温系统框图该系统测温原理为:测温周期开始,单片机向与门输出时钟脉冲信号,向多路模拟开关发出控制信号,控制开关s。闭合,s:、S,断开,电容充电,积分电路开始积分过程,K输出为正,经过过零比较器E输出为高电平,当时钟脉冲到来时,与门输出为1,计数器计数一次。当经过预定时间正,计数器溢出并复位,溢出信号传至单片机。此过程中积分器输出%为:Vo=vo.一去卜TIVaEFdt=朵玎(14)单片机接收到溢出信号后,再次向多路模拟开关发出控制信号,控制开关s:闭合,s,断开,电容开始放电,直到经过时间兄,积分器输出%为0,经过过零比较器K输出为低电平,与门关闭,计数器停止计数。单片机读取计数器数值,同时向多路模拟开关发出控制信号,控制开关S:断开,s,闭合,使积分电路恢复到零状态【3】。准备下一测温周期开始。单片机由时间r。和疋,根据式(17)计算出所测热敏电阻墨的阻值。再结合数值分析方法进行非线性拟合,最终得出所测温度值。积分器放电过程中输出K为:Vo=Vo。一r净z=‰一晋乃=o(15)所测热敏电阻R,阻值为:器五=堑RrC疋(16)凰C11—\“7
LRT=≠Ro(17)
测温周期中积分器输出电压%波形为:
时间/ms图5积分器输出电压波形
万方数据