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NTC热敏电阻线性化新方法.pdf

NTC热敏电阻线性化新方法

花开若相依
2013-08-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《NTC热敏电阻线性化新方法pdf》,可适用于工程科技领域

总第卷第期年第期电测与仪表ElectrlcalMeasurement&InstrumentationVd.No.lJan.NTC热敏电阻线性化新方法赵军谢作品吴珂(中国计量学院杭州)摘要:本文首先分析了目前常用NTC热敏电阻线性化方法的优缺点针对这些优缺点提出了NTC热敏电阻软件线性化算法并运用这个软件线性化的方法设计了以MSPF单片机为基础的温度测量系统。关键词:NI℃热敏电阻线性化线性化算法MSPF中图分类号:TN文献标识码:B文章编号:()TheNewMethodforNTClermistorsLinearizationZHAOJunXIEZuopingWUKe(ChinaJiliangUniversityHangzhouChina)Abstract:ThpaperintroducesanewmethodforlinearizationofnegativetemperaturecoemcientfNTC)tllermistor.Firstiy.theauthoranalyzestllecharacteristicsofLISUalmethodsforNTC'sinearizationtllenadvancesanumericallinearizingmethodsforlinearlzeNTCFinallydesignsasystemofmeasuringtemperaturebasedonaMCUMSPFwiththenewnumericallinearizingmethods.Keywords:negativetemperaturecoefficientthermistorlinearizationnumericalmethods:MSPF引言NTC热敏电阻(NegativeTemperaturecoefficient)具有输出信号大、灵敏度高、热容量小、响应速度快、体积小、价格低、高阻值等优点使它被广泛用于家庭空调、汽车空调、冷柜、冰箱等需要温度测量和控制的场合。但由于热敏电阻是非线性元件必须对它进行线性化处理。在要求使用NTC热敏电阻作为温度传感器测量范围为一。C测量不确定在±℃的测温系统设计中常用解决热敏电阻非线性的电桥法、恒源法结合软件查表插值法或直接计算法均不能满足系统设计简单、精度较高、成本较低的要求。为了解决这个问题作者采用硬件电路软件化的方法提出了恒压源测量法结合软件线性化算法不仅能够提高测量精度同时也能降低硬件成本。NTC热敏电阻测温原理NTC热敏电阻阻值丑r与温度r(绝对温度)之问的关系式为“尺剖e”()式中A、B为热敏电阻的材料系数数值由出厂决定。一】一以Rz=lOkfl的CWFF型NTC热敏电阻为例它在一一。C之间月与温度r关系曲线如图l所示。宝、岛脚温度K图电阻值与热力学温度之间的关系曲线从图I可见热敏电阻电阻值与温度之间存在着严重的非线性。因此在实际使用中为了解决NTC热敏电阻的非线性问题需要研究NTC热敏电阻的使用方法。目前常用的方法有电桥线性法、恒流源测量法、恒压源测量法等。万方数据总第卷第期年第期电铡与仪表ElectricalMea目陀Ⅱ吼t&lnstmmenlatlon、rLNJanNTC热敏电阻使用方法.电桥法电桥转换电路工作原理如图所示电桥输出电压为乩(砷:(盘一T鬲一)E()图电桥转换电路式中只r为温度为zK时热敏电阻的电阻值knn为桥臂比n=RCR月。为标准电阻k。在不同测量范围内选用不同的月可获得输出与输人间的线性关系。电桥平衡法理论上线性化效果明显电路抗干扰能力强电路简单但是测量精度不高通常运用于温度测量精度要求不高的场合。.恒流源和恒压源测量法恒流源和恒压测量法的工作原理都是根据欧姆定理它们的测量原理如图、图所示。恒流源测量电路输出电压U。=IR其中z为恒流源电流值测得电压%就可知Rr的阻值。恒压源测量电路中等=盘或老=鲁其中R一为参考电阻测得电压珥或u一就可计算出Rr的阻值。这两种电路结构简单能方便地实现电阻到电压信号的转换但是它们不能实现对电阻的线性化同时在高精度测温场合时恒流源测量电路对恒流源有图恒压潭测量电路严格的要求恒压源测量电路对参考电阻稳定性有高的要求。因此用这两种电路作为NTC热敏电阻转换电路的系统通常需要用软件方法配合解决其非线性问题如软件查表插值法或直接计算法。NTC热敏电阻软件线性化方法电桥法和恒源测量法各有优缺点如果结合两者的优点即利用电桥法具有显著线性化功能和恒源测量电路结构简单的优点同时减小甚至避免它们的缺点那么梅提高N’rc热敏电阻的测温精度。本文提出以Ⅱ的MSP单片机为基础以恒压源测量电路为转换电路用软件手段实现NTC热敏电阻线性化的使用新方法。NTC热敏电阻软件线性法的核心是NTC热敏电阻线性化算法。NTC热敏电阻线性化算法以电桥转换电路原理为数学模型其数学模型函数为止由=南()式中x为函数的输入量无量纲大小取热敏电阻的阻值x()冠fde”是关于温度r的函数Y为函数的输出量无量纲c为正数。盖与y之间的关系是非线性的为获得较大范围的关于温度r与y的线性关系需要确定合适的c值一般选输入温度r范围的中点和输出范围y的中点相对应口棚从而确定c值。以CWFF型N℃热敏电阻为例设测温范围为五一马五对应的热敏电阻阻值为Rn瓦对应的热敏电阻阻值为矗n输入温度范围的中点为乃(正=⋯土生)其对应的热敏电阻为Rn。‘要使输人温度范围的中点瓦与输出范围y的中点相对应要满足如下关系式。!一一j!一:!一一!一lcx(r)lcX(日cX(囝lcX(功。。】】即lcRnlcRr丽一了习i解此方程得c:面i瓦Rjn瓦Rir瓦iR獗rzi面了()根据上式解得的c即能满足温度r与y的最佳线性关系。本文用此算法对热敏电阻的一组数据进行了处理线性化效果非常明显具体数据见表。表l中被测温度范围为℃根据上式确定的c=O.。取表l中的数据画出输出y与温度'的坐标见图。可见图中y与r基本上是一元线性关系。本文用一元线性回归模型Y=nBo来描述温度r与y的关系。通过最小二乘法估计得到B、的值然后用一万方数据总第卷第期年第期电测与仪表EleetriealM㈣ment&InstrumentationV.NoJ蛆表电阻线性化算法数据r检验验证模型的线性显著性得月=.可见回归模型有明显的线性显著性H其非线性误差讹=.%即通过线性化算法后】与r关系是线性的实现了本文提出对NTC热敏电阻线性化的要求。T电阻线性化算法效果图本文同时也采用软件查表插值法处理同样的数据进行了对比。以℃十等份插值为例其非线性误差忙可i*=%比本文介绍的软件电阻线性化算法非线性误差大并且计算量也较大。通过以上的分析热敏电阻软件线性化算法其线性化效果更好能够提高测量精度而且算法程序也比较简单容易实现。NTC热敏电阻测温系统的设计本文采用公司MSP系列MSPF日单片机以R=kn的CWFF型NTc热敏电阻为温度传感器用阻值为lOkUl、精度为±%、温漂为。/'C的精密电阻作参考电阻R一构建NTC热敏电阻测温系统。MSPF是一款具有超低功耗处理功能强大有丰富片上外围模块的位单片机其内部集成了位的SDl的MD位的DA输出。DA输出电压稳定精度高用来作为恒压源测量电路的工作电压同时软件可控电压输出方便实现只有在测温时NTC热敏电阻才流过电流减少自热效应的影响这两个方面的措施提高了NTC热敏电阻的测温精度。一系统的工作原理图见图当测量温度时MSPF的位D/A输出脚DAC输出可控的精确电压作为恒压源测量电路的工作电压。参考电阻上的电压和热敏电阻上的电压分别通过A和A一、AI和A一引脚接入片内的位A/D由MD把模拟电压信号矿转换成数字信号然后算得Rn的阻值以此R。值作为热敏电阻线性化算法的输入值盖然后根据()式由单片机计算得到y最后经过事先已经存人的一元回归模型函数确定当前的温度丁。图系统I作原理图在宽温度测量范围要求下基于软件的热敏电阻软件线性法的测温系统更有灵活性。例如在一。C温度范围内分段处理将有更好的线性效果以一,℃为一段℃为另一段将得到比℃~段线性化更好的线性效果。如在一q之间非线性误差为%则分段后非线性误差为%。分段线性化对于电桥平衡电路而言需要重新设计电路参数更改电路硬件及选取不同的月才能得到较好的线性化效果。而对于采用软件热敏电阻软件线性法来说修改参数是很容易的。结论在宽温度范围仪器设计NTC热敏电阻线性化中基于软件热敏电阻线性化法的测温系统实现了对NTC热敏电阻的线性化提高了温度测量精度。最后设计完成的温度测量系统能满足在测量范围为一℃内测量不确定为±℃的要求。参考文献【】崔志尚.温度计量与测试【M】.中围计量出版社:扬小玲.热敏电阻分压测温电路的最佳参数设计f门.福州大学学报().张迎春.热敏电阻不平街电桥的简单设计技巧Ⅱ山东轻工学院学报().吴翊.应用数理统计N国防科技大学出版杜:.作者简介:赵军(一)男中国计量学院主要研究肯向为精密仪器、智能仪器仪表。收稿日期:(刘家新编发)^*图万方数据NTC热敏电阻线性化新方法作者:赵军谢作品吴珂ZHAOJunXIEZuopingWUKe作者单位:中国计量学院,杭州,刊名:电测与仪表英文刊名:ELECTRICALMEASUREMENTINSTRUMENTATION年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)崔志尚温度计量与测试杨小玲热敏电阻分压测温电路的最佳参数设计期刊论文福州大学学报(自然科学版)()张迎春热敏电阻不平衡电桥的简单设计技巧()吴翊应用数理统计本文读者也读过(条)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,()沙占友王彦朋杜之涛NTC热敏电阻的线性化及其应用期刊论文自动化仪表,()彭俊珍林凤华PENGJunzhenLINFenghuaNTC热敏电阻的温度测量技术及线性电路期刊论文湖北职业技术学院学报,()周以琳李金亮杨勇郭焕然ZHOUYilinLIJinliangYANGYongGUOHuanranNTC热敏电阻RT特性的高精度补偿期刊论文青岛科技大学学报(自然科学版),()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()杨小玲热敏电阻分压测温电路的最佳参数设计期刊论文福州大学学报(自然科学版),()刘二林姜香菊LIUErlinJIANGXiangju基于热敏电阻的新型温度检测装置研究与实现期刊论文自动化与仪器仪表()施隆照杨小玲伍水顺NTC热敏电阻串、并联温度补偿电路设计期刊论文福州大学学报(自然科学版),()俞阿龙李正热敏电阻温度传感器的一种线性化设计期刊论文工业仪表与自动化装置()吴德明WuDeming热敏电阻温度传感器的线性化补偿期刊论文自动化与仪器仪表()引证文献(条)梅小雨许昌魏艳红基于对数的NTC热敏电阻测温系统的设计期刊论文自动化与仪表()王彪多路温度测量仪的设计与实现期刊论文电子测试()王正德热敏电阻性质及接口电路期刊论文数字技术与应用()李波陈光华徐行吴来杰罗贤虎基于热敏电阻的多通道高精度温度测量系统期刊论文仪表技术与传感器()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NTC热敏电阻分段曲线拟合期刊论文煤矿机械()吕玉祥袁阔张志强胡海林乔计平王平平小功率高稳定半导体激光电源期刊论文现代电子技术()张缠保新型半导体激光电源的设计期刊论文山西电力(z)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:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldcyybaspx

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