如何捕獲熱敏電阻的非線性行為

熱敏電阻通常為一款高阻抗、電阻性器件，當您需要將熱敏電阻的阻值轉(zhuǎn)換為電壓值時，該器件可以簡化其中的一個接口問題。然而更具挑戰(zhàn)性的接口問題是，如何利用線性 ADC 以數(shù)字形式捕獲熱敏電阻的非線性行為。

“熱敏電阻”一詞源于對“熱度敏感的電阻”這一描述的概括。熱敏電阻包括兩種基本的類型，分別為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻。負溫度系數(shù)熱敏電阻非常適用于高jin度溫度測量。要確定熱敏電阻周圍的溫度，您可以借助Steinhart-Hart公式：T=1/（A0 A1（lnRT） A3（lnRT3））來實現(xiàn)。其中，T為開氏溫度；RT為熱敏電阻在溫度T時的阻值；而 A0、A1和A3則是由熱敏電阻生產(chǎn)廠商提供的常數(shù)。

熱敏電阻的阻值會隨著溫度的改變而改變，而這種改變是非線性的，Steinhart-Hart公式表明了這一點。在進行溫度測量時，需要驅(qū)動一個通過熱敏電阻的參考電流，以創(chuàng)建一個等效電壓，該等效電壓具有非線性的響應(yīng)。您可以使用配備在微控制器上的參照表，嘗試對熱敏電阻的非線性響應(yīng)進行補償。即使您可以在微控制器固件上運行此類算法，但您還是需要一個高jin度轉(zhuǎn)換器用于在出現(xiàn)極端值溫度時進行數(shù)據(jù)捕獲。

另一種方法是，您可以在數(shù)字化之前使用“硬件線性化”技術(shù)和一個較低jin度的 ADC。（Figure 1）其中一種技術(shù)是將一個電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源進行串聯(lián)（見圖1）。將 PGA（可編程增益放大器）設(shè)置為1V/V，但在這樣的電路中，一個10位jin度的ADC只能感應(yīng)很有限的溫度范圍（大約±25°C）。

熱敏電阻的非線性解決：

請注意，在圖1中對高溫區(qū)沒能解析。但如果在這些溫度值下增加 PGA 的增益，就可以將 PGA 的輸出信號控制在一定范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi) ADC 能夠提供可靠地轉(zhuǎn)換，從而對熱敏電阻的溫度進行識別。

微控制器固件的溫度傳感算法可讀取 10 位jin度的 ADC 數(shù)字值，并將其傳送到PGA 滯后軟件程序。PGA 滯后程序會校驗 PGA 增益設(shè)置，并將 ADC 數(shù)字值與圖1顯示的電壓節(jié)點的值進行比較。如果 ADC 輸出超過了電壓節(jié)點的值，則微控制器會將 PGA 增益設(shè)置到下一個較高或較低的增益設(shè)定值上。如果有必要，微控制器會再次獲取一個新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值會被傳送到一個微控制器分段線性內(nèi)插程序。

從非線性的熱敏電阻上獲取數(shù)據(jù)有時候會被看作是一項“不可能實現(xiàn)的任務(wù)”。您可以將一個串聯(lián)電阻、一個微控制器、一個 10 位 ADC 以及一個 PGA 合理的配合使用，以解決非線性熱敏電阻在超過±25°C溫度以后所帶來的測量難題。