热敏电阻应用
1.1.1 热敏电阻应用
热敏电阻是市面上常见的测温传感器,在电子设备尤其是家用电器使用非常广泛。热敏电阻是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。本实例所用的是NTC热敏电阻。
一、热敏电阻的计算公式
热敏电阻温度和阻值有如下的经验公式:
RT = RN expB(1/T – 1/TN) (式5-2)
RT: 在温度 T ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值。
RN: 在额定温度 TN ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值。通常TN取25℃。 T: 规定温度( K )。
B: NTC 热敏电阻的材料常数,又叫热敏指数。出厂的时候就确定,常见的有3380 、3950等,一般范围在2000~6000之间。
exp: 以自然数 e 为底的指数( e = 2.71828 …)。
该关系式是经验公式,只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度,因为材料常数B 本身也是温度 T 的函数。
二、建立热敏电阻的分度表
由于热敏电阻的计算公式比较复杂,而且单片机一般不提供复杂的运算指令,本书讲的51单片机只有最基本的加减运算指令。如果要编程实现式6-1的算法,程序将变得非常复杂难编。而且,就算经过努力完成了这个算法,整个单片机系统的运行速度也将被这个算法拖累,实时性受到影响。因此我们一般采用查表发来解决以上矛盾。我们以B值3380,25℃时RN等于10KΩ的NTC为例来说明一下分度表的建立过程。
1、利用EXCEL和经验公式建立温度与阻值对应表格,如图6-20所示。其中第一列为温度值,第二、第三列为对应电阻值(两列阻值其实相同,不同在于
单位一个是Ω,另一个是KΩ)。最上方的公式栏显示的是25℃时温度与阻值的对应公式。
2、根据测温电路和相应电阻值计算出对应电压值,送入模拟量转换通道。常用的热敏电阻测温电路非常简单分为上拉式和下拉式两种(如图5-21所示)。如果电源电压为VCC,热敏电阻值为RT,上拉(下拉)电阻值为R。电压的计算公式为:
下拉式 U=R*VCC/(RT+R) (式5-3)
图5-20 热敏电阻温度阻值对应图
上拉式 U=RT*VCC/(RT+R) (式5-4) 根据这两个公式,我们可以求出每个温度对应电压值。
3、通过(式5-3)或(式5-4)可以计算出每个温度对应的电压值,但是单片机无法直接检测模拟量,所以必须借助AD转换器来完成这项工作。我们以之
前讲的ADC0809为例,假设它的参考电压为Vref,有(式51)可得到每个温度
对应转换值。如果各位读者觉得这样一
个个计算太麻烦,我们还是可以通过
EXCEL的公式计算功能来得到这些
值。如果还嫌麻烦,可以下载类似于“单
片机工具.exe”这类专用工具软件来计算。这类工具软件只要将EXCEL算好
的RT值复制到窗体,然后进行简单设
置,就可以得到常用编程语言所需的表
格就可以了。其具体软件界面如图5-22
所示。使用非常方便。
图5-21 热敏电阻常用测温电路
图5-22 单片机工具软件界面