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NTC热敏电阻的线性化及其应用.pdf

NTC热敏电阻的线性化及其应用

花开若相依
2013-08-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《NTC热敏电阻的线性化及其应用pdf》,可适用于工程科技领域

!控制系统软件的设计系统控制软件包含主程序、显示子程序、!"#转换子程序、键盘子程序、$#及纯滞后补偿子程序、定时中断子程序、$’子程序(个模块。控制算法程序流程如图)所示。"结束语应用$’算法的电加热系统控制算法有效地解决了一阶惯性加纯滞后环节类对象易引起系统产生超调或者振荡、从而使系统稳定性降低的问题整个系统硬件构成简单控制精度高超调小可靠性高而且$#参数、$’周期均可调。因此该算法可适应于各类电热管加热类负载。参考文献*王福瑞等单片微机测控系统设计大全[’]北京航空航天大学出版社*,,:赖寿宏微型计算机控制技术[’]机械工业出版社:*邹其洪李传琦赵艳辉王旭东用算法实现工业窑炉微机温度控制[]计算机自动测量与控制(*):)修改稿收到日期:(。第一作者张秀香女*,)年生*,年毕业于甘肃电大电子专业大专班实验师主要从事自动化技术、计算机智能控制技术的教学与应用研究在国内刊物上发表多篇论文。热敏电阻的线性化及其应用!"#$"’(")##*,,"(")#)$"()沙占友王彦朋杜之涛(河北科技大学石家庄)摘要介绍了负温度系数()热敏电阻的特性阐述了热敏电阻线性化的原理、改善热敏电阻非线性的方法及其在测温系统中的应用。关键词热敏电阻温度系数非线性智能温度传感器单片机#$’():<=<>:=>ABC:D<>E:>:FG:=<>H=:A:BB:C>()>:=F>A=<=:C>=AIH:I<CI>:G=CGJ:ABJC:<=K<>ACAB>:=F>A=<=:I:=L:I:F:>AIABAM>AFG=AE:CACNJC:<=>OAB>:=F>A=><>:I<CI<GGJ<>ACC>:FG:=<>H=:F:<H=:F:C>O>:F<=::PGAHCIN:I*,’>:=F>A=:FG:=<>H=:A:BB:C>ACNJC:<=>OC>:JJD:C>>:FG:=<>H=:>=<CIH:=QCDJ:GAFGH>:=(负温度系数)热敏电阻的测温范围比集成温度传感器宽(最高可达RS)而价格又比铂热电阻低廉被广泛应用于工业测温领域。但由于热敏电阻属于非线性元件因此必须进行线性化处理。利用外部电阻和智能温度传感器来实现热敏电阻线性化的方法其优点是电路简单、成本低廉可同时对多路热敏电阻做线性化处理并能在此基础上构成多通道温度测量系统。热敏电阻的特性热敏电阻的电阻值(!")与热力学温度(")的典型曲线如图*所示。由图可见当温度升高时!"迅速减小。热敏电阻温度系数!"的定义式可表示为!"#*!"·I!"I"(*)图*电阻值与热力学温度的典型曲线热敏电阻值与热力学温度的准确表达式为!"#$’"()式中:$、为由半导体材料和加工工艺所决定的两个《自动化仪表》第卷第期"年月:<<#=:>#:<=>#:ABB<CB"万方数据常数!值为热敏指数。设在某一温度"!下的电阻值为#"!有关系式#"!$!’"!(")将式(#)除以式(")后得到#"$#"!!·("!(")’"!·"($)对式($)两边取对数后整理成!$"!"(#"(#"!)"!("(’)利用式(’)可以计算出!值。最后将式(#)代入式(()中并进行微分后可得到!"$(!’"·!’"·(!"()#$(!"#())这表明!"并非一个常数而是温度的函数它与热力学温度的平方成反比且为一负值。由此可见*,热敏电阻温度系数的绝对值随温度的降低而增大随温度升高而减小这是造成*,热敏电阻非线性的根本原因。!"#$热敏电阻线性化的电路设计通常利用单片机对*,热敏电阻进行线性化不仅电路复杂而且要做大量的计算。下面介绍一种利用四通道智能温度传感器))(实现*,热敏电阻线性化的电路如图#所示。($分别接$只热敏电阻。在与之间接外部电阻。,,、*:分别为电源端和地。<=为漏极开路的单线输入<输出接口外部接(!>!的上拉电阻。该芯片适配热敏电阻并具有单线<=接口。图#*,热敏电阻线性化电路))(既可配负温度系数(*,)热敏电阻又可配正温度系数(,)热敏电阻。在测量气体或液体温度时使用*,热敏电阻更为普遍。热敏电阻的测温范围可以超出芯片的工作温度。例如配(!"(型*,热敏电阻时))(的测温范围是A!B(’!B而))(的工作温度范围仅为’’B(#’B。))(内部主要包括’部分:"(C#$D基准电压源#由四选一模拟开关构成的多路转换器()$缓冲放大器E转换器及单线<=接口控制逻辑。外围元件中($代表$只*,热敏电阻为外部电阻,为<=端上拉电阻,为滤除电源噪声的电容。))(的测温原理如下:首先通过自动切换多路转换器()依次检测$只*,热敏电阻的电压然后进行缓冲放大再利用E转换器把电压信号变成脉宽信号由单线<=接口送给单片机(’,)最后由’,分别计算出$路被测温度的数值。测量准确度为!C’F测量误差小于!C’FGH(GH代表满量程温度值)能自动检测热敏电阻开路或短路故障一旦出现故障<=端就输出一个很窄的故障脉冲。在测量前))(处于休眠模式<=端呈高电平),,。测量开始时单片机首先把<=端置成低电平并至少保持’’I时间然后释放<=端。))(的($端就依次连接到热敏电阻($上再经过接基准电压)#*测量过程需(!#JI(典型值)。测量结束时))(先把<=端拉成低电平并保持(#’’I然后按照顺序输出$个脉宽信号,(,(,$),即表示高电平持续时间它与外部电阻上的压降)成正比。代表低电平持续时间它与)#*成正比因)#*为固定值故恒定不变K$CJI。,’比值的表达式为["],$))#*(!!!!#$###"(!!!!#(L)#"$(,’!!!!#(()(·#(A)利用单片机很容易测出每一路温度所对应的,’比值进而计算出#"值再根据外部存储器中的#"与温度对照表确定该路温度值。测量过程中若检测到第"路热敏电阻"发生了开路或短路故障则输出的第"个脉宽信号就变成了脉宽仅为(##’I的窄脉冲称之为故障脉冲其脉宽小于’F。利用这一特点’,很容易识别出来并通过故障报警使扬声器发声。改善"#$热敏电阻非线性的方法及使用注意事项*,热敏电阻与温度呈非线性关系必须进行线性化处理。具体方法是首先给串联一只合适的外部电阻然后接到(C#$D基准电压)#*上再利用))(测量上的电压即可在所选温度范围内将*,热敏电阻的非线性减至最小。#"#$热敏电阻的线性化及其应用沙占友等万方数据计算!"#$的步骤如下:(!)确定所要测量的温度范围(例如"#$"#)(’)在该温度范围内确定热敏电阻的最小值!’(对应于最高温度例如"#)、最大值!(#(对应于最低温度如"#)和中间值!)(对应于中间温度这里为()#)(()最后利用下式计算出*,值[(]:!"#$*!’(!(#!’),’!(#!’!(#!’,’!)()图($$与温度的关系曲线仍以!"(!型热敏电阻为例假定所需温度范围是"#$"#。在"#时!’!)!!在"#时!(#(’)"!在中间温度()#时!))("!!。一并代入式()中计算出*,的最佳电阻值为’)()!。当温度范围改变时应重新确定*,值。串联上合适的*,可显著改善热敏电阻的非线性。使用!"(!选择!"#$"!时$$与温度的关系曲线如图(所示。与图!相比:!输出的$$值与温度的关系曲线更接近于线性。对!"(!进行线性化前后的电阻值对照情况见表!!为线性化后的等效电阻值。根据表!所列出的数据绘出的电阻值温度特性曲线如图<所示图中的虚线表示线性化后的特性曲线。不难看出在"#$"#温度范围内!"(!的非线性已得到明显改善。表!!"#$!在线性化前后的电阻值对照表=#!=!$$!=!"(’)">">!(<(>(!"!"(>)">’’"<(><’"!’<(>">(!(")>)("")>""><(!(>(<")(’<>">))))>)"("!>"">(>("’<>!">’<’’>"!)!>">!!>!图<线性化前后的电阻值温度特性曲线在改善热敏电阻非线性时应注意以下事项:"热敏电阻自身发热的问题。实际上热敏电阻在’)#时的标称电阻值(!")和在规定温度下的电阻值(!)以及所定义的值均指其内部发热量很小所引起的电阻值变化量相对于总的测量误差可忽略不计这时热敏电阻上的功耗接近于零称作“零功率”。举例说明一只典型的热敏电阻的热阻其每单位功耗所对应的温升为!=#。如果选用一只!"A!的热敏电阻与)!!"!的外部电阻进行串联后接)B电压那么在<"#时因热敏电阻发热而产生的测温误差大约为!’’#。由于:!使用很低的基准电压作激励源并且在一个测量周期内每只热敏电阻的通电时间仅为’)C因此在相同条件下热敏电阻的功耗还不足!#所产生的温度误差可忽略不计。$:!还可以配其他型号的热敏电阻例如DEFG公司生产的!!""’型、HGIJGIKLC公司生产的!""M!"(N型或国产与之相对应的其他型号。参考文献!沙占友>内燃机测试仪器的原理与维修>国防工业出版社!)’沙占友等>智能化集成温度传感器原理与应用>机械工业出版社’""’(:公司>OJPIQHERRGFHGIKCJIGSGIEPIGQJTPFCGQUKVHJRQWGIGI’""’修改稿收到日期:’""(!""。第一作者沙占友男!<<年生!年毕业于南开大学教授主要从事数字化测量、智能传感器系统的教学与研究工作已发表论文多篇出版专著’"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""""部。科学名言要研究一切事物使智慧在你的心目中处于首位并以智慧来指导自己。毕拉哥拉斯"(《自动化仪表》第’(卷第)期’""*年)月,,’():’""*万方数据NTC热敏电阻的线性化及其应用作者:沙占友王彦朋杜之涛作者单位:河北科技大学,石家庄,刊名:自动化仪表英文刊名:PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)沙占友内燃机测试仪器的原理与维修沙占友智能化集成温度传感器原理与应用MAXIM公司FourChannelThermistorTemperaturetoPulsewidthConverter本文读者也读过(条)赵军谢作品吴珂ZHAOJunXIEZuopingWUKeNTC热敏电阻线性化新方法期刊论文电测与仪表,()王渊刘先勇严建锁NTC热敏电阻的线性化研究期刊论文中国科技博览()程双双姜平肖红升缪静芳CHENGShuangshuangJIANGPingXIAOHongshengMIAOJingfangNTC热敏电阻分段曲线拟合期刊论文煤矿机械,()胡润峰NTC热敏电阻温度传感器期刊论文传感器世界,()汤池范晓宇王华罗二平申广浩NTC热敏电阻线性化新方法期刊论文第四军医大学学报,()申屠恒火童良忠单片机在热敏电阻测温线性化中应用期刊论文机电工程,()引证文献(条)梁乒梁召云一种宽温度监控范围的医用电子系统设计期刊论文临床医学工程()杨如祥刘高平马光明一种低成本高精度温度测量方法期刊论文浙江万里学院学报()张鑫马兹林冒晓建唐航波王俊席卓斌混合动力车用蓄电池管理系统设计与研究期刊论文车用发动机()张鑫马兹林冒晓建唐航波王俊席卓斌混合动力车用蓄电池管理系统设计与研究期刊论文车用发动机()撒继铭陈幼平张冈周祖德半导体激光器数字温度控制系统的设计期刊论文自动化仪表()王子剑王刚基于定时器的可控温度电烙铁设计期刊论文电子设计工程()海涛李昭勇廖炜斌林波基于单片机的RC震荡RF多路测温系统设计期刊论文自动化与仪表()张吉康基于热敏电阻恒温控制技术的车用通风恒温器设计期刊论文北京汽车()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalzdhybaspx

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