怎样选择和利用NTC热敏电阻举行温度控制-凯发电子


热敏电阻由于敏捷度高,体积小,巩固耐用,呼应工夫快,本钱高等好处,普遍使用于激光二极管和检测器冷却使用中。当与热电(TE)冷却器和支持电路准确利用时,可以控制到最低的本钱,罕见热敏电阻具有充足的敏捷度,可以将激光二极管的温度波动在高于0.001℃。热敏电阻的高敏捷度的代价因此非线性度盘算的,如许使其得选择和利用比其他预期更具应战性的要素。

 

热敏电阻特征

 

热敏电阻通常是具有随温度而非线性变革的电阻的两头子半导体器件。热敏电阻的非线性使其校准和利用庞大化。

 

在曩昔,设计工程师常常接纳基于电阻的线性化网络,只要在十分窄的温度范畴内才干无效地转换耐温度。侥幸的是,微处置用具有极大简化网络版这项义务与他们的疾速盘算出庞大的表达式的才能。大少数热敏电阻的RT特征由Steinhart-Hart方程正确形貌:

1 / T = A + B *(Ln R)+ C *(Ln R)3

在这种干系中,T是相对温度(开尔文),A,B和C是常数,可以用电阻和温度的丈量值来确定。假定精良校准数据是可用的,自Steinhart-Hart公式介绍了小于0.1的偏差℃ 的温度范畴内的-30 ℃ 至125 ℃ ,和小于0.01的偏差℃ -20 ℃ 50至℃ 。

 

Steinhart-Hart方程EXCLS版文档下载

下图为250,500,1K,2.5K,5K,10K,25K,30K,50K,100K欧姆NTC热敏电阻阻温曲线

图1. 9个罕见热敏电阻的电阻 - 温度呼应曲线。

 

比力广泛的热敏电阻是负温度系数( NTC),它随着温度的降低而电阻低落。9个罕见的NTC热敏电阻的RT特征如图1所示。每个热敏电阻的标称电阻为25℃; 通常可用的热敏电阻的范畴从250Ω到100千Ω。

 

经过利用差别的金属氧化物构成半导体结,在热敏电阻制造历程中完成电阻控制。利用几种差别的质料组合到达相反的标称25 ℃ 电阻,而且每种组合招致略微差别的RT特征。这种种种可用的RT特征通常好像使热敏电阻选择庞大化。但是,如图2所示,相反标称电阻的热敏电阻之间的差别绝对较小。

标称电阻 -通常,热敏电阻在体现出数千欧姆电阻的温度下事情。在这些高电阻下,复杂的双线电阻丈量利用传统的数字万用表事情得很好,温度控制器的丈量电路不用过于庞大或准确,牢靠的温度丈量。

 

温度敏捷度 -热敏电阻在高温下完成了最高的敏捷度,此中电阻对温度曲线最陡。随着温度的降低,这种敏捷度会敏捷降落。关于典范的10kΩ热敏电阻,敏捷度变革如下:

温度敏捷度
-20 ℃5600 Ω / ℃
25 ℃439 Ω / ℃
50 ℃137 Ω / ℃

为了了解实践热敏电阻选择弃取,思索在图3所示的体系框图。该温度系数表现的温度感测和表现体系,如一个利用此处和其他温度控制器。经过热敏电阻强迫恒定电流(10μA或100μA),然后丈量电压降来感测热敏电阻的电阻。电压被数字化,然后输出到微处置器,盘算电阻,并利用Steinhart-Hart方程来盘算温度。

 

所述温度控制器利用小号一个23位的A / D转换器在0丈量范畴- 6V,从而招致每步约莫0.7μV的A / D输出电压辨别率。由于热敏电阻电阻黑白线性的,以是实践的温度丈量辨别率也黑白线性的。这种非线性使得温度丈量极限的界说变得庞大。

 

随着热敏电阻温度的降低,其电阻和对温度变革的敏理性也低落。这意味着每位的欧姆数增加,每A / D步数的度数增长。图4阐明了这种干系。的上部毗连古尔示出了热敏电阻电阻和电压输出到A / D,和用于确定该体系的高温极限。的下部毗连古尔示出了在每A / D转换器步调摄氏度体系丈量辨别率,以及用于确定下限温度。

温度控制器的表现辨别率为0.001 ℃ 。只需单个A / D比特对应于小于0.001的变革℃ ,丈量辨别率不显音响着地影响该仪器的使用步伐。单个A / D步长对应于大于0.001 ℃ 的变革的温度如下:

Sensi,ng电流Δ R / 0.001 10K Ω 热敏电阻温度。
10μA0.07 Ω64 ℃
100μA0.007 Ω132 ℃


在高于这些温度的温度下,单个A / D步长对应于温度变革大于0.001 ℃ ,仪器不克不及再检测并丈量温度变革小于0.001 ℃ 。

 

随着热敏电阻温度的低落,其电阻增长,异样的电压也增长。当电压凌驾A / D转换器的最大输出电压时,到达实践的较高温度限定。典范的高温丈量限值为:

 

感到电流抵挡性10K Ω 热敏电阻温度。
10μA600000 Ω-49 ℃
100μA60.000 Ω-11 ℃

利用典范的10 kΩ  热敏电阻

 


图4.丈量辨别率变革与温度的干系


结论

您选择的热敏电阻范例将次要取决于所需的事情温度范畴。热敏电阻RT曲线,如图1所示,通常由热敏电阻制造商提供,为热敏电阻选择提供了精良的引导。

热敏电阻的有效温度范畴经过改动感测电流而挪动。的温度范畴为温度控制器,利用10千Ω 热敏电阻,是由图4中的中心处的程度杆示出,而且可以经过改动感测电流急剧偏移。

图4提供了典范的10kΩ 热敏电阻的数据,但可以利用与其他热敏电阻相反的办法。从图中可以看出,关于大少数激光二极管冷却使用来说,10 kΩ 热敏电阻通常是一个很好的选择,从高于室温到约莫-40 ℃ 必要高波动性。

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