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關(guān)于解決熱敏電阻的非線性問題

   2012年06月21日 15:48  
  如果您打算在整個(gè)溫度范圍內(nèi)均使用熱敏電阻溫度傳感器件,那么該器件的設(shè)計(jì)工作會(huì)頗具挑戰(zhàn)性。熱敏電阻通常為一款高阻抗、電阻性器件,因此當(dāng)您需要將熱敏電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓值時(shí),該器件可以簡化其中的一個(gè)接口問題。然而更具挑戰(zhàn)性的接口問題是,如何利用線性ADC以數(shù)字形式捕獲熱敏電阻的非線性行為。
  
  “熱敏電阻”一詞源于對(duì)“熱度敏感的電阻”這一描述的概括。熱敏電阻包括兩種基本的類型,分別為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻非常適用于高精度溫度測量。要確定熱敏電阻周圍的溫度,您可以借助Steinhart-Hart公式:T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))來實(shí)現(xiàn)。其中,T為開氏溫度;RT為熱敏電阻在溫度T時(shí)的阻值;而A0、A1和A3則是由熱敏電阻生產(chǎn)廠商提供的常數(shù)。
  
  熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的改變而改變,而這種改變是非線性的,Steinhart-Hart公式表明了這一點(diǎn)。在進(jìn)行溫度測量時(shí),需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)通過熱敏電阻的參考電流,以創(chuàng)建一個(gè)等效電壓,該等效電壓具有非線性的響應(yīng)。您可以使用配備在微控制器上的參照表,嘗試對(duì)熱敏電阻的非線性響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。即使您可以在微控制器固件上運(yùn)行此類算法,但您還是需要一個(gè)高精度轉(zhuǎn)換器用于在出現(xiàn)值溫度時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲。
  
  另一種方法是,您可以在數(shù)字化之前使用“硬件線性化”技術(shù)和一個(gè)較低精度的ADC。其中一種技術(shù)是將一個(gè)電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源進(jìn)行串聯(lián)(見圖1)。將PGA(可編程增益放大器)設(shè)置為1V/V,但在這樣的電路中,一個(gè)10位精度的ADC只能感應(yīng)很有限的溫度范圍(大約±25°C)。
  
  請(qǐng)注意,在圖1中對(duì)高溫區(qū)沒能解析。但如果在這些溫度值下增加PGA的增益,就可以將PGA的輸出信號(hào)控制在一定范圍內(nèi),在此范圍內(nèi)ADC能夠提供可靠地轉(zhuǎn)換,從而對(duì)熱敏電阻的溫度進(jìn)行識(shí)別。
  
  微控制器固件的溫度傳感算法可讀取10位精度的ADC數(shù)字值,并將其傳送到PGA滯后軟件程序。PGA滯后程序會(huì)校驗(yàn)PGA增益設(shè)置,并將ADC數(shù)字值與圖1顯示的電壓節(jié)點(diǎn)的值進(jìn)行比較。如果ADC輸出超過了電壓節(jié)點(diǎn)的值,則微控制器會(huì)將PGA增益設(shè)置到下一個(gè)較高或較低的增益設(shè)定值上。如果有必要,微控制器會(huì)再次獲取一個(gè)新的ADC值。然后PGA增益和ADC值會(huì)被傳送到一個(gè)微控制器分段線性內(nèi)插程序。
  
  從非線性的熱敏電阻上獲取數(shù)據(jù)有時(shí)候會(huì)被看作是一項(xiàng)“不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)”。您可以將一個(gè)串聯(lián)電阻、一個(gè)微控制器、一個(gè)10位ADC以及一個(gè)PGA合理的配合使用,以解決非線性熱敏電阻在超過±25°C溫度以后所帶來的測量難題。

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