NTC热敏电阻是利用陶瓷半导体材料的电阻值随温度升高而减小的特性制作而成,能在不同的温度下表现不同的电阻值,利用这一特性可通过测量NTC热敏电阻分压所对应电阻值来反馈温度的大小。由于NTC热敏电阻的阻值与温度之间的关系(R-T曲线)是高度非线性的,因此在实际应用中系统设计必须使用某种近似值。
根据精确度要求计算近似值的方式,可分为以下三种类型:
一、一阶近似值法
△R=K·△T
其中,K是负温度系数,△T是温度变化差值,△R为温差引起的电阻值变化。它假定了某一温度范围内NTC热敏电阻的电阻值变化与温度变化的关系为线性关系,因此它只适用于非常窄的温度变化范围,并且只能用于整个温度范围K几乎不变的温度。温度范围越小,R-T曲线越接近线性,计算的阻值越接近实际值,即准确度与精度越高。反之,应用的温度范围越宽则R-T曲线越偏离线性,计算值与实际值误差就越大。因此一阶近似值法作为NTC热敏电阻的测温公式,只适用于在精度要求不高且使用温度范围比较窄的应用场景。
二、β公式
R(T)=R(T0)·e β(1/T-1/T0)
其中,R(T)是温度T下的电阻值,单位为开尔文,R(T0)是温度T0 下的参考点。β公式是现在最为常用的计算方式,通过这一公式可以获得单一材料常数β值。β公式需要两点校准,精确度取决于温度T与T0的间隔大小。T与T0温度间隔越小则计算的精确度越高,10℃的温度间隔误差最大不超±1℃。由于NTC热敏电阻的β值在实际应用中并非恒定不变,这是由于材料构成会导致其产生变化(最大可达每℃5K),因此β公式在较宽的使用温度范围内所测量的数值相较于实测数值会有一定的误差。
三、Steinhart-Hart方程式
1/T=C1+C2InRT+C4(InRT)3
其中温度T的单位为开尔文,C1、C2和C4称为Steinhart-Hart参数,取决于NTC热敏电阻的型号。实测三组不同温度下NTC热敏电阻的阻值,代入上述方程式求解三个联立方程即可得出C1、C2和C4三个参数,也可使用精度最高的最小二乘法来计算出这三个参数值。Steinhart-Hart方程式在-50~150℃的范围内通常精确到±0.15℃左右,这对于绝大部分应用场景来说已经足够。如果需要提高分辨精度至0.01℃甚至更高精度,可以进一步采用插值法进行模拟计算。
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