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【原创】NTC热敏电阻的非线性检测及注意事项

minda2012

2013/07/30

iLog博文专版

使用NTC热敏电阻应该注意以下事项，避免NTC热敏电阻损坏、使用设备损伤或引起误动作。

　　(1) NTC热敏电阻是按不同用途分别进行设计的。
　　(2) 设计设备时，请进行NTC热敏电阻贴装评估试验，确认无异常后再使用。
　　(3) 请勿在过高的功率下使用NTC热敏电阻。
　　(4) 由于自身发热导致电阻值下降时，可能会引起温度检测精度降低、设备功能故障，故使用时请参考散热系数，注意NTC热敏电阻的外加功率及电压。
　　(5) 请勿在使用温度范围以外使用。
　　(6) 请勿施加超出使用温度范围上下限的急剧温度变化。
　　(7) 将NTC热敏电阻作为装置的主控制元件单独使用时，为防止事故发生，请务必采取设置“安全电路”、“同时使用具有同等功能的NTC热敏电阻”等周全NTC温度传感器的安全措施。
　　(8) 在有噪音的环境中使用时，请采取设置保护电路及屏蔽NTC热敏电阻(包括导线)的措施。
　　(9) 在高湿环境下使用护套型NTC热敏电阻时，应采取仅护套头部暴露于环境(水中、湿气中)、而护套开口部不会直接接触到水及蒸气的设计。
　　(10) 请勿施加过度的振动、冲击及压力。
　　(11) 请勿过度拉伸及弯曲导线。
　　(12) 请勿在绝缘部和电极间施加过大的电压。否则，可能会产生绝缘不良现象。
　　(13) 配线时应确保导线端部(含连接器)不会渗入“水”、“蒸气”、“电解质”等，否则会造成接触不良。

　　严格遵守以上的注意事项，安全操作。

NTC热敏电阻如何非线性解决？

NTC热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件，当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时，该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是，如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。
　　“NTC热敏电阻”一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型，分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高精度温度测量。要确定热敏电阻周围的温度，您可以借助Steinhart-Hart公式：T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))来实现。其中，T为开氏温度;RT为热敏电阻在温度T时的阻值;而 A0、A1和A3则是由热敏电阻生产厂商提供的常数。
　　热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变，而这种改变是非线性的，Steinhart-Hart公式表明了这一点。在进行温度测量时，需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流，以创建一个等效电压，该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表，尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法，但您还是需要一个高精度转换器用于在出现极端值温度时进行数据捕获。
　　另一种方法是，您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低精度的 ADC。(Figure 1)其中一种技术是将一个电阻RSER与热敏电阻RTHERM以及参考电压或电源进行串联(见图1)。将 PGA(可编程增益放大器)设置为1V/V，但在这样的电路中，一个10位精度的ADC只能感应很有限的温度范围(大约±25°C)。

　　请注意，在图1中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加 PGA 的增益，就可以将 PGA 的输出信号控制在一定范围内，在此范围内 ADC 能够提供可靠地转换，从而对热敏电阻的温度进行识别。
　　微控制器固件的温度传感算法可读取 10 位精度的 ADC 数字值，并将其传送到PGA 滞后软件程序。PGA 滞后程序会校验 PGA 增益设置，并将 ADC 数字值与图1显示的电压节点的值进行比较。如果 ADC 输出超过了电压节点的值，则微控制器会将 PGA 增益设置到下一个较高或较低的增益设定值上。如果有必要，微控制器会再次获取一个新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值会被传送到一个微控制器分段线性内插程序。
　　从非线性的NTC热敏电阻上获取数据有时候会被看作是一项“不可能实现的任务”。您可以将一个串联电阻、一个微控制器、一个 10 位 ADC 以及一个 PGA 合理的配合使用，以解决非线性热敏电阻在超过±25°C温度以后所带来的测量难题。

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