熱敏電阻特性
熱敏電阻通常是具有電氣的雙端子半導(dǎo)體器件電阻隨溫度變化非線性。 熱敏電阻的非線性使其校準和使用變得復(fù)雜。過去,設(shè)計工程師經(jīng)常使用以電阻為基礎(chǔ)的線性化網(wǎng)絡(luò)僅在非常窄的溫度下有效地轉(zhuǎn)換為溫度范圍。
幸運的是,微處理器有用他們的能力大大簡化了這項任務(wù)快速計算復(fù)雜的表達式。該大多數(shù)熱敏電阻的R-T特性如下由Steinhart-Hart準確描述方程:
1/T = A + B*(Ln R) + C*(Ln R)3
在這個關(guān)系式中,T是絕對溫度(開爾文),A、B和C是常數(shù)哪一個可以從多邊環(huán)境協(xié)定中確定
熱敏電阻R / T曲線適用于各種室溫電阻
圖1.九種常見熱敏電阻的電阻 - 溫度響應(yīng)曲線。
耐受和溫度值
假設(shè)有良好的校準數(shù)據(jù)(2),
Steinhart-Hart方程引入了誤差在一定溫度范圍內(nèi)低于0.1°C-30°C至+ 125°C,誤差小于在-20°C至+ 50°C之間0.01°C。
熱敏電阻系列 - 大多數(shù)熱敏電阻都有負溫度系數(shù)(NTC),這意味著抵抗力下降溫度升高。九種常見NTC熱敏電阻的R-T特性如下如圖1所示。每個熱敏電阻都有標簽根據(jù)其在25°C時的標稱電阻;
常用的熱敏電阻范圍從250Ω至100kΩ。完成了航向阻力控制在熱敏電阻制造過程中通過使用不同的金屬氧化物形成半導(dǎo)體結(jié)。
幾個不同材料組合用于到達在相同的標稱25°C電阻下,和每種組合都會略有不同R-T特性。這種多樣的可用R-T特征通常似乎復(fù)雜化熱敏電阻選擇。但是,如圖所示圖2,熱敏電阻之間的差異相同的標稱電阻相對小。
標稱電阻 -
通常,熱敏電阻通常是熱敏電阻在它們的溫度下操作表現(xiàn)出數(shù)千歐姆的電阻。在這些高電阻下,簡單的雙線電阻測量很好用傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表和溫度控制器的測量電路不必過于復(fù)雜或精確可靠的溫度測量。
圖2.不同熱敏電阻的R-T斜率變化物料
溫度敏感度 - 熱敏電阻熱敏電阻
在低溫下實現(xiàn)最高靈敏度,其中電阻與溫度曲線最陡。 這種敏感性下降
隨著溫度的升高而迅速增加 為一個
典型的10kΩ熱敏電阻,靈敏度會有所不同
如下:
溫度 |
靈敏度 |
-20°C |
5,600 ?/°C |
25°C |
439 ?/°C |
50°C |
137 ?/°C |
溫度范圍
和熱敏電阻選擇了解實際的熱敏電阻選擇權(quán)衡,考慮系統(tǒng)框圖
如圖3所示。該圖顯示了溫度傳感和顯示系統(tǒng)一個用于LDT-5900系列和其他ILX溫度控制器。通過強制恒定電流來感測熱敏電阻,通過熱敏電阻然后測量電壓降為10μA或100μA。
電壓數(shù)字化后輸入微處理器,電阻計算,和Steinhart-Hart方程用于計算溫度。LDT-5900系列儀器使用a測量時的23位A / D轉(zhuǎn)換器范圍為0 - 6V,導(dǎo)致每步的A / D輸入電壓分辨率約為0.7μV。
以來熱敏電阻的電阻是非線性的實際溫度測量分辨率也是非線性的。這種非線性使溫度測量極限的定義變得復(fù)雜。隨著熱敏電阻溫度的升高,它的耐受性和對溫度的敏感性變化也減少了。
這意味著每比特的歐姆數(shù)減少了每個A / D步的度數(shù)增加。圖4說明了這種關(guān)系。該圖的上半部分顯示了熱敏電阻電阻和電壓輸入到A / D,和用于確定低溫限制系統(tǒng)的。圖的下半部分顯示系統(tǒng)測量分辨率每個A / D轉(zhuǎn)換器步驟的攝氏度,和用于確定溫度上限限制。
圖3.高分辨率溫度測量系統(tǒng)。
LDT-5900系列的顯示分辨率熔點為0.001°C。 只要單個A / D位對應(yīng)于小于0.001°C的變化,就可以了測量分辨率并不顯著影響儀器應(yīng)用。
單個A / D步驟對應(yīng)的溫度如果變化大于0.001°C如下:
感應(yīng)電流 |
?R/0.001°C |
10kΩ熱敏電阻溫度 |
10 µA |
0.07? |
64°C |
100 µA |
0.007? |
132°C |
在高于這些溫度的情況下,單個A / D步驟對應(yīng)于大于0.001℃在溫度變化,儀器可以不再檢測和測量溫度變化小于0.001°C。隨著熱敏電阻溫度的降低阻力增加,同樣,阻力增加它兩端的電壓。 當電壓超過時,達到實際的溫度下限
LDT-5900系列溫度范圍
使用典型的10kΩ熱敏電阻
圖4.測量分辨率變化與溫度的關(guān)系
A / D的最大輸入電壓轉(zhuǎn)換器。
典型的低溫測量限制是:
感應(yīng)電流 |
抵抗性 |
10kΩ熱敏電阻溫度 |
10 µA |
600,000? |
-49°C |
100 µA |
60,000? |
-11°C |
結(jié)論
您選擇的熱敏電阻類型主要取決于所需的操作溫度范圍。 熱敏電阻R-T曲線,如圖1所示,通常由熱敏電阻制造商,并提供良好的熱敏電阻選擇指南。
熱敏電阻的有用溫度范圍通過改變感測電流來移動。該LDT-5900的溫度范圍,使用a10kΩ熱敏電阻,以水平方式顯示圖4中心的條形圖,可以通過改變感覺大大改變了當前。
圖4提供了典型10kΩ的數(shù)據(jù)熱敏電阻,但同樣的方法可以與其他熱敏電阻一起使用。 從圖中可以看出你可以看到10kΩ熱敏電阻通常是大多數(shù)激光二極管的理想選擇高穩(wěn)定性的冷卻應(yīng)用從室溫到室溫需要大約-40°C。