热敏电阻测量

原创 云深之无迹 2023-11-28 23:20

对于电流激励来说,一般情况下,参考电阻阻值应大于等于NTC热敏电阻最高阻值。而热敏电阻的最高阻值取决于系统中测量的最低温度。这么做的好处是,确保了传感器和参考电阻之间产生的电压始终在后续电路的采集范围内。
对于电压激励来说,标称电阻低的热敏电阻,也可以使用电压激励。然而,用户必须确保通过传感器的电流在任何时候对传感器本身或应用而言都不会太大。
当使用标称电阻大、温度范围大的热敏电阻时,电压激励更容易实现。较大的标称电阻确保标称电流处于合理水平。然而,设计者需要确保电流在应用支持的整个温度范围内处于可接受的水平。
可编程增益级vs.动态激励电流
热敏电阻在低温度下具有较大的电阻,则会导致激励电流值非常低, 而在高温下通过热敏电阻产生的电压很小。为了优化这些低电平信号的测量,可以使用可编程增益级。然而,当热敏电阻的信号电平随温度显著变化时,需要动态编程增益。
另一种方法是,增益固定不变,但使用动态激励电流。随着热敏电阻信号电平的变化,激励电流值会动态变化,从而使热敏电阻上产生的电压在电子设备的指定输入范围内。


在热敏电阻顶部放置一个电阻并施加稳定的电压。温度变化时,热敏电阻中的电阻也会发生变化,从而改变顶部电阻两端的压降。分压电阻器中心的输出为模拟电压,将由ADC测量。

比率度
比率度是描述捕获的ADC值的术语。该值可与输入和/或电源电压的变化成比例地变化。当提供给温度感测电路的分压器的VCC电源也提供用于VREF的电压时,则称其为比率度。VCC的任何变化都将在分压器和VREF处同等同时变化,从而影响ADC的测量值,让这些源之间的潜在差分误差最小。
比率度方法可以增加系统中的总精度。在实现不使用平均或过采样的基于热敏电阻的温度传感器时,为分压器和ADC的VREF使用相同的电源非常重要。

比率度,由同一电源供电的电阻分压器和VREF供电

ADC的位数将决定分辨率而非精度。分辨率是ADC用来测量施加到ADC管脚的模拟电压的步长。分辨率的位数以及参考电压(VREF)将设置ADC的步长值。
一个10位ADC将具有2^10=1024位,而3.3VDC的VREF将为每个ADC位提供3.3/1024=0.003226VDC的分辨率。一个16位ADC将具有65536位的总分辨率,每位分辨率为0.000005035VDC。ADC位数越多将意味着更高的测量分辨率。
请勿将精度与分辨率混淆。分辨率是指能够看到被测电路值的变化。用于温度测量的典型ADC的分辨率为12-16位。您会发现8位或10位ADC不能提供足够的分辨率来查看热敏电阻的精度,且具有较大的温度步长,通常不可接受。
过采样是一种平均测量值的方法,可提高分辨率和信噪比。过采样的工作原理是将多个带有噪声的温度测量值相加,然后进行平均,得到一个更精确的数值。每超过8个过采样,分辨率将增加2位。16次过采样会将10位ADC的总分辨率提高到14位。如果噪声高于Nyquist频率,则可在应用程序中使用任意数量的样本(N#份样本)来获得设计所需的分辨率。Nyquist速率是您期望获得实际温度读数的频率。样本总数必须比实际所需温度结果快至少N#倍。
在使用过采样方法时,在输入信号中添加一些抖动噪声可改善分辨率误差。许多实际应用中,噪声小幅增加可大幅提高测量分辨率。在实践中,将抖动噪声置于测量感兴趣的频率范围之外,随后可以在数字域中滤除这些噪声,从而在感兴趣的频率范围内进行最终的测量,同时具有更高的分辨率和更低的噪声。
提供抖动噪声的更佳方法是将热敏电阻分压器的Vcc和VREF.分开(将MCU的内部VREF用于ADC)。请勿在电阻分压器电压检测线上放置电容器。许多情况下,电路噪声将足以使电阻分压器的电压抖动,以求平均值。抖动噪声必须等于4位或更多位振幅。10位具有3.3VDC VREF的ADC将拥有0.0032VDC的电压步长。抖动噪声必须至少是预期温度测量值上下的4位分辨率。10位ADC的最小抖动噪声必须高于ADC的最低有效位(LSB)+/- 0.0128VDC(0.0256VDC p-p)或更高,以提供必要的电平,从而通过求平均值适当提高ADC的位分辨率。
在ADC读取一个位值并计算温度后,您可将该值存储在先进先出(FIFO)软件阵列中。当新值输入阵列时,最旧的样本将被丢弃,所有其他样本都将移至下一个对应的单元,从而创建一个FIFO。该求平均值方法可应用于温度转换过程中使用的任何值,例如温度、ADC位值、分压器电压,甚至计算得出的电阻。所有这些因素平均下来都将很好地发挥作用。
http://www.cntronics.com/gptech-art/80042538
http://news.eeworld.com.cn/mndz/ic510061.html

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