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如何校准热敏电阻传感器

时间:2019-03-30   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:

热敏电阻具有对温度变化具有非常高的灵敏度的优点,但具有积极的非线性特性的缺点。这是一个特性曲线,显示了典型的负温度系数热敏电阻传感器件在0到100摄氏度的温度范围内的电阻。


图1 - 典型的热敏电阻曲线
 
如您所见,该值从超过15k欧姆变为低于100欧姆。在低温下变化最快,为确定那里相应的温度值提供了很高的分辨率。在该范围的另一端,电阻水平随温度变化相对较小,并且测量分辨率相对较差。
可以使用曲线形式来很好地描述热敏电阻特性的非线性形状。最常用的形式是 Steinhart-Hart方程。热敏电阻的电阻测量未标准化,因此只需使用Rt欧姆的测量值 。制造商可以提供系数ka, kb,和kc系数的典型值,或者您可以校准这些值以获得更好的精度。

Steinhart-Hart方程


热敏电阻线性化曲线
如果您有准确的温度测量标准,则相对容易校准自己的响应曲线。将温度值转换为开尔文,然后反转。取相应的测量电阻值并计算自然对数。现在,在对数电阻值中拟合三阶多项式的系数以最佳地匹配反温度值。
对于以下示例,选择三个点,两个点靠近操作范围的末端,一个靠近中心。vr赛车知道测量不会完全准确,因此人为误差已被插入数据中,导致温度误差达到0.1摄氏度,并在三个测量点交替出现。

添加了人为0.1度误差的数据
抵抗性 温度
10500 9.13
3200 35.56
700 77.02

抗对数的能力收集在基质中,开尔文中温度的反转收集在载体中。模型系数ka, kb,和 kc通过求解下列矩阵等式获得。
术语
3点适合 实际曲线
K a 1.236*10-3 1.283*10-3
KB 2.453*10-4 2.362*10-4
KC 4.389*10-8 9.285*10-8

这两个公式都产生了几乎与图1无法区分的曲线。下面显示了由于3点拟合中故意包含的数据误差而产生的差异 - 校准误差。
图2 - 以度为单位的拟合误差
 
如vr赛车所知,它们应该出现0.1度的偏差,它们被注入到用于拟合的测量点的位置。在中间位置,拟合误差表现良好。vr赛车可以得出结论,拟合与制作它的测量误差一样好 - 但是不要推断超出你测量的范围。要在校准期间降低对噪声的敏感度,请尝试以下步骤。
1、在比您打算使用的范围稍宽的范围内进行校准。
2、选择一些非常接近您打算使用范围限制的点。
3、在每个点进行多次测量并取平均值以减少随机噪声。
4、考虑使用三个以上的点,并使用最小二乘法确定最佳拟合系数。

平衡测量分辨率
线性化处理解释高度非线性响应的问题,但不解决测量分辨率不均匀的问题。
如果范围不是太大,您可以通过测量分压器配置来显着平衡分辨率。从稳压电源为热敏电阻供电,通过精确测量的负载电阻将另一端接地,并观察热敏电阻和负载电阻连接的输出电压。
图3 - 分压器网络
 
目标是在温度和测量电压之间获得相对均匀的关系。线性化曲线将处理其余部分。下面显示温度和测量电压之间的关系,负载电阻约为标称室温电阻的一半。
图4 - 分压器网络中的扁平热敏电阻响应
 
坡度在整个操作范围内变化不大。这与您在图1中看到的剧烈非线性行为有很大不同。这是如何工作的?分压器具有饱和特性,随着热敏电阻的增加,响应更小。增长和饱和效应近似平衡。
 
通过执行以下操作,使用分压器配置中的热敏电阻器件测量温度。
1、根据测得的电压和准确已知的负载电阻计算电流。
2、根据其上的电压和已知电流确定热敏电阻的电阻。
3、应用Steinhart-Hart方程,或者使用制造商提供的标称值,或者使用校准确定的调整值,以获得温度读数。
4、可选:将温度单位从开尔文转换为摄氏度或华氏度。