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NTC热敏电阻传感器利用Arduino来实现温度的测量
来源:本站  更新时间:2018-12-24 21:56:17  查看次数:

       NTC热敏电阻是电阻值随温度变化的半导体传感器,其典型特点是阻值对温度非常敏感,在不同的温度下会表现出不同的电阻值,从而根据表现的电阻值可逆推导得到其所处的环境温度值。具有灵敏度高、体积小、热容量小、响应速度快、NTC热敏电阻价格低廉,但是想要得到很高的测量精度,需要做很多优化工作,难度较大。
  按照温度系数不同,可分为正温度系数热敏电阻(PTC)、负温度系数热敏电阻(NTC)和临界负温度系数热敏电阻(CTR)。PTC随着温度升高,表现出的电阻值越大; NTC随着温度升高,表现出的电阻值越低;CTR具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加急剧减小,具有很大的负温度系数。由于具有不同的特性,热敏电阻的用途也是不同的。PTC一般用作加热元件和过热保护;NTC一般用于温度测量和温度补偿;CTR一般用于温控报警等应用。
  NTC的测温范围为-60~+300℃,标称阻值一般在1Ω至100MΩ之间,采用精密电阻和热敏电阻组合可扩大测量温度线性范围。图1为NTC实物图,图中所示的为NTC 10D-9和NTC 5D-7。NTC表示为负温度系数的热敏电阻,10D-9和5D-7代表其型号,10D-9代表了常温(25摄氏度)阻值10欧姆,直径9毫米,5D-7代表了常温(25摄氏度)阻值5欧姆,直径7毫米。
  除了图1所示的形状之外,热敏电阻制成的探头有珠状、棒杆状、片状和薄膜等,封装外壳有玻璃、镍和不锈钢管等套管结构,如图2所示。

图一 NTC实物图                                           图二 NTC的各种封装形式

  NTC的测量温度和其表现出的电阻值存在一个非线性的已知的关系,那么测量出NTC的电阻值也可以计算得到其测量的温度值。NTC的电阻值与温度值的关系如下所示:

  式中, Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值;R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值;B值是热敏电阻的重要参数;T1和T2指的是K度即开尔文温度,K度=273.15(绝对温度)+摄氏度。
逆向计算得到热敏电阻的温度值与电阻值的关系如下所示:
T1=1/(ln(Rt/R) /B + 1/T2 )
  电阻值的测量一般都是利用串联已知阻值的电阻并施加已知大小的电压,通过测量已知阻值的电阻上的分压值,来计算出得到被测电阻的阻值,如图3所示。设施加的激励电压为Eb,热敏电阻的阻值为Rt,串联电阻阻值为Rs,则串联电阻上的分压值为:

  除了串联测量法之外,还有惠斯登电桥测量法,如图4所示。设电桥的激励电压为Eb,热敏电阻的阻值为Rt,电桥电阻阻值为R1、R2和R3.

图三 串联测量法                                                      图四 电桥测量法




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