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温度测量是嵌入式系统监控的最常见参数之一，有多种温度传感器可用于实现这一目标。传感器类型可以从黑体探测器到更简单的、更普通的电阻式传感器以及介于两者之间的所有传感器。在本文中，我将简要讨论负温度系数（NTC）热敏电阻 - 一种在各种嵌入式系统中最常用的温度传感器。 

 

热敏电阻

电阻是一种电阻元件，通常由聚合物或半导体制成，其中电阻随温度变化。不应将此类设备与电阻温度检测器（RTD）混淆。通常，RTD更精确，费用更高，并且覆盖更宽的温度范围。

 

有两种类型的热敏电阻，其特征在于电阻如何随温度变化。如果电阻值随温度升高而降低，我们将此设备称为负温度系数（NTC）热敏电阻。如果电阻随温度升高而升高，则该器件称为正温度系数（PTC）热敏电阻。通常，PTC器件用作保护器件，NTC器件用作热传感器。NTC热敏电阻的一个非常常见的应用是检测和控制宽带激光二极管的PN结。

 

热敏电阻的另一个特征是成本。低容量的典型热敏电阻通常定价为每片0.05美元至0.10美元。低成本和易于使用的界面通常使这些设备在嵌入式应用中具有极大的吸引力。

 

典型的热敏电阻检测范围为-50至+125摄氏度。大多数基于热敏电阻的应用在-10到70摄氏度下使用，或者我们所知的典型商业环境范围。

 

热敏电阻的典型精度是平均值。大多数热敏电阻的制造产生±5％的电阻容差。然而，热敏电阻的精度非常不错。通常，我们可以预期精度约为±0.5至±1.0％。

 

热敏电阻的电阻传递方程称为Steinhart-Hart方程。该非线性方程如公式1所示。

 

公式1.热敏电阻的Steinhart-Hart公式

 

 

图1显示了Panasonic ERTJZET472 NTC热敏电阻的温度与电阻关系图。该图表显示，在线性标度上，电阻与温度的关系非常非线性！

 

图1. Panasonic NTC热敏电阻的电阻与温度的关系

 

 

通常，热敏电阻通过称为R25值的参数来评定。这是25摄氏度时热敏电阻的典型电阻。该热敏电阻的R25值为4700欧姆。

 

我们可以使用低值电流源轻松获取热敏电阻。然后我们可以使用片上模数转换器（ADC）读取电压，并通过某个查找表推送读取结果以获得温度读数 - 或者我们可以尝试线性化电阻/温度特性。

 

在一些内存受限的系统上，我们可能没有设置查找表的奢侈。因此，在本申请中，我们将尝试线性化热敏电阻读数。

 

对于一阶近似，我们可以看到热敏电阻的电阻与温度特性大致成反比。也就是说，电阻在很小的范围内与温度大致成反比。鉴于此，我们可以创建一个反比例电路来尝试线性化电阻与温度曲线。图2显示了这是如何完成的。

 

图2. NTC热敏电阻线性化电路

 

 

如果我们真的想省钱，我们可以消除电压参考。这样做需要一些额外的过滤来抑制任何电源噪声。重要的是ADC参考和热敏电阻传感器电路参考是相同的。这样做可以让我们使用比率测量方法来测量热敏电阻与ADC读数的关系：也就是说，测量将与热敏电阻接口电路的激励电压无关。