NTC热敏电阻如何使用惠斯通电桥来精确进行温度测量-ca88亚洲城手机版入口电子


用于温度测量的热敏电阻

NTC热敏电阻为要求精确测量温度的应用提供了极好的解决方案。 由于其高灵敏度 , NTC热敏电阻是检测温度变化的理想选择  然而,这些热敏电阻的特性曲线非线性。 电阻通常是温度指数函数 ,如等式(1)所示,

 

Equation 1

 

其中R 0是参考温度下的电阻T0,而ß是常数,材料特性T 0 ,参考温度通常取为298°K(25°C)。

 

如果用户可以电气测量电阻,通过Ametherm为特定NTC热敏电阻提供的电阻对温度曲线 ,可以很容易解决温度问题。

然而,如果将10K/3435热敏电阻嵌入电路中,则电阻变化将根据相应的电压或电流变化进行记录。 在这种情况下,用户必须先计算电量 (例如电压),然后才能从此类电气计算温度。

 

wheatstone-bridge-NTC-Thermistor

                                     图1:惠斯通电桥
惠斯通大桥为什么?

惠斯通电桥用于测量精确的电阻。

在图1的惠斯通电桥中,R 1 ,R 2和R 3是已知的,R x是未知电阻。 当电位(电压)P1(见图)与电位P2相同时,桥称为平衡。

在这种情况下,没有电流流过(如通过电流表的“零”读数所示),并且R 1 -R 2路径中的电阻比必须等于R 3 -R x路径中的比率。

 

精确电阻测量的主要挑战是减轻仪表对电路的负载影响。

尽管从电路中抽取的功率可以忽略不计,即使电阻具有非常高的阻抗(例如10MΩ),这种不准确性也是由仪表引入功率引起的。

对于R x的精确测量,惠斯登电桥起着重要的作用,因为电流计在平衡状态下不会从电路中吸取任何电力。 这可以通过减轻仪表对电路的“负载”效应来提高精度。

惠斯通电桥被称为空比较器,因为它通过比较两个量 ,一个已知值,另一个未知量来进行测量 。

未知值被调整,直到它等于已知值,并且跨过它们的检测器给出零或零读数。

平衡的惠斯登电桥满足以下条件:

 

 

惠斯通电桥测量温度

对于测量温度,惠斯通电桥不平衡使用,其中可以测量不平衡电压 ΔV并与100K/3950热敏电阻的电阻相关。 
参见图2所示的简单直流桥式电路 ,用于使用热敏电阻生产厂家进行精密测量。 电阻R 2和R 3的正确选择将消除ΔV的平均DC值。

wheatstone fig2

图2.使用NTC热敏电阻的温度测量

 

考虑到这个电路,我们现在推导出T和.V之间的关系。 一般来说,

麦克斯顿eq3

 

假设R1 = R3。 然后,

麦克斯顿eq4

重新安排RT,

麦克斯顿eq5

T和RT之间的关系由下式给出:

麦子石eq6

要么,

麦克斯顿方程式7

 

我们有等式5代替RT

麦克斯顿eq8

 

如果我们进一步假设R1 = R2 = R3 = Rb,我们有

麦克斯顿eq9

 

尽管T不是电压线性函数 ,但对于温度范围较小,可以将其视为线性的,并且在计算温度时误差可以忽略不计(见图3)。Ametherm提供等式9的R0和ß的值。

小麦粉fig3

图3:桥接电路的典型电压温度曲线

注意:

NTC热敏电阻也受到自热效应的影响,惠斯通电桥电路中的电阻选择取决于应用和温度测量范围。

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