如何捕獲熱敏電阻的非線(xiàn)性行為

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

“熱敏電阻”一詞源于對(duì)“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(lèi)型，分別為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻非常適用于高jin度溫度測(cè)量。要確定熱敏電阻周?chē)臏囟?，您可以借助Steinhart-Hart公式：T=1/（A0 A1（lnRT） A3（lnRT3））來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，T為開(kāi)氏溫度；RT為熱敏電阻在溫度T時(shí)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(huì)隨著溫度的改變而改變，而這種改變是非線(xiàn)性的，Steinhart-Hart公式表明了這一點(diǎn)。在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)通過(guò)熱敏電阻的參考電流，以創(chuàng)建一個(gè)等效電壓，該等效電壓具有非線(xiàn)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(duì)熱敏電阻的非線(xiàn)性響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。即使您可以在微控制器固件上運(yùn)行此類(lèi)算法，但您還是需要一個(gè)高jin度轉(zhuǎn)換器用于在出現(xiàn)極端值溫度時(shí)進(jìn)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(xiàn)性化”技術(shù)和一個(gè)較低jin度的 ADC。（Figure 1）其中一種技術(shù)是將一個(gè)電阻RSER與熱敏電阻RTHERM以及參考電壓或電源進(jìn)行串聯(lián)（見(jiàn)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(gè)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(xiàn)性解決：

請(qǐng)注意，在圖1中對(duì)高溫區(qū)沒(méi)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(hào)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(duì)熱敏電阻的溫度進(jìn)行識(shí)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(huì)校驗(yàn) PGA 增益設(shè)置，并將 ADC 數(shù)字值與圖1顯示的電壓節(jié)點(diǎn)的值進(jìn)行比較。如果 ADC 輸出超過(guò)了電壓節(jié)點(diǎn)的值，則微控制器會(huì)將 PGA 增益設(shè)置到下一個(gè)較高或較低的增益設(shè)定值上。如果有必要，微控制器會(huì)再次獲取一個(gè)新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值會(huì)被傳送到一個(gè)微控制器分段線(xiàn)性?xún)?nèi)插程序。

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