2000年第19卷第4期 传感器技术(JournalofTransducerTechnology)
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热敏电阻器测温中的自动换档及标定
樊 斌,丛 泉
(苏州铁道师范学院物理系,江苏苏州215009)
摘 要:热敏电阻器用于测温时有两个缺点,一是阻值与温度之间呈较强的非线性,二是热敏电阻之间的互换性较差。针对这两个缺点,提出用自动换档和自动标定这两种方法来解决,取得良好的效果。关键词:热敏电阻器;自动换档;自动标定
中图分类号:TP212.11 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2000)04-0037-02
Automaticcalibrationandgaincontrolofthermistor
FANBin,CONGQuan
(Dept.ofphys.,SuzhouRailwayTeachersCollege,Suzhou215009,China)
Abstract:Thethermistorhasnonlinearityandcannotexchangeeachother.Thispaperputforwardtwomethodstosolvethesetwoproblems,andgoodresultsareobtained.Keyword:thermistor;automaticgaincontrol;automaticcalibration0 前 言
热敏电阻器是利用某些金属氧化物(半导体)按一定比例混合压制和烧结而成的固态感温元件。与其它类型的测温元件相比,它具有灵敏度高、热惯性小、寿命长、重量轻、价格便宜等特点[1]。但这种热敏电阻器很少用于精确测温,这主要是由于热敏电阻器有两大缺点:一是电阻与温度的关系呈较强的非线性,这给较宽温区的标度变换带来一定的困难;二是热敏电阻器之间的互换性较差,给测温仪表生产出厂前的标定带来一定的困难。本文针对这两个问题,提出了热敏电阻器测温度中的自动换档及标定处理技术,取得了良好的效果。1 自动换档
图1是热敏电阻器的阻值———温度特性曲线。
该热敏电阻器具有负的电阻温度特性,当温度
升高时,电阻值减少,它的特性系数———标称电阻为Ω。10k厂家提供的分度表给出-30℃时,阻值为
Ω,100℃Ω,整个测温区156.046k时,阻值为0.869k阻值相差180倍,低温端每变化1℃,阻值变化近Ω,高温端每变化1℃10k阻值变化仅0.03kΩ。如果在整个测温区不分档,用ICL7135做为A/D(相当于是14位二进制的分辨率)。按照推算,在高温端也只能测到0.3℃的温度变化。从理论上讲,热敏电阻器对10-3～10-4的温度变化有反映,如果仪表只能做到0.3℃的分辨率,既浪费了热敏电阻器的灵敏度,也达不到仪表的设计要求(0.1℃的分辨率)。要解决这个问题,必须对整个测温区进行分档处理,按照分辨率0.1℃的设计要求,将整个测温区分为两档,一档是从-30～32℃,另一档是从32～100℃。图2是热敏电阻式传感器RT的连接及实现自动换档的电路原理图。
图1 热敏电阻阻值-温度曲线
Fig.1 Curveofthermistorvalue-temperature
图2 自动换挡电路
Fig.2 Automaticgaincontrolcircuit
收稿日期:2000-03-02
图2电路的工作原理如下:
传感器技术 第19卷38
A点的基准电压经运放IC1反向比例放大,在B点获得一个负的基准电压。热敏电阻器RT作为运
放IC2的反馈电阻。B点的电压经反向比例放大后,
从C点输出,接入A/D芯片ICL7135。热敏电阻器RT的阻值决定了运放IC2放大倍数的大小,也就决定了C点获得电压的大小。IC3为模拟开关4066,开关的控制电平由单片机C52的P1.4控制。当P1.4为低电平时,IC3断开,IC2的输入电阻只有W1和
),当P1.4R4,这一档用作-30～32℃测温(称档Ⅰ为高电平时,IC3接通,W2、R5与W1、R4并联作为
运放IC2的输入电阻,这一档用作用于32～100℃测温(称档Ⅱ,因这一档热敏电阻器RT的阻值较小,故减小输入电阻以获得一定的电压输出),调节W1使在档Ⅰ温区内,C点的输出电压变化范围为1900～93.5mV,调节W2使在档Ⅱ温区内,C点的
每1℃对应一个采样值。采样值用三字节浮点数表
示。测温时,单片机根据档位、采样值查表用插值的方法,算出温度。表格数据放置在X25045中,X25045是带看门狗的E2PROM,它能存放512字节数据[2]。自动标定的任务,就是将待标定仪表的温度-采样值表格写进该仪表中的X25045中去(表格数据由仪表内热敏电阻式传感器、放大电路、A/D等因素决定)。图4是自动标定的原理框图。
图4 自动标定原理框图Fig.4 Diagramofautomaticcalibration
输出电压范围是1600～226.1mV。
图3是单片机自动换档程序的框图。图中一只标准测温仪表带三只待标定仪表,四只表均通过各自表内的C52的口线P1.5相连。标准表的P1.5口线作为输出,其它三只表的P1.5口线作为输入。四只表的热敏电阻式传感器放在一道,分好标定温度区段,定好起始温度,逐渐给传感器加热。每隔1℃,标准测温仪表通过P1.5口线发出一个负脉冲,待标定仪表在检测到负脉冲时,将A/D的采样值写进X25045的相应位置,等写完100℃的采样值数据时,整个标定过程结束。因为X25045在掉电的情况下仍
图3 自动换挡程序框图
Fig.3 Programmingflowdiagramofautomaticgaincontrol
在设计两档C点的输出电压范围时,档Ⅱ的电
压高端(1600mV)要比档Ⅰ的低;档Ⅱ的电压低端(226.1mV)要比档Ⅰ的高,这样可以让单片机根据
能保存数据,所以标定时,待测仪表的单片机用专门
的标定程序,待标定结束后,再换正式测温程序,此时,温度-采样值数据表格已写入X25045中了。3 结束语
热敏电阻器在经过自动换档及自动标定这样两个技术环节处理后,已显示出它的优越性。当然在技术处理的过程中也遇到一些问题,如克服干扰及两档位交叉点的衔接等。这些问题在软件中都作了较好的处理。现在经过这种技术处理后,用热敏电阻器所做成的温控仪表、温度湿度仪表,已被厂家采用。应该说,在克服了热敏电阻器本身的缺点后,其仪表在价格及性能上,有更大的优越性及更广的应用前景。参考资料:
[1] 李 华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京
档位状态,来判断采样值是否在该档的电压范围之
内,若不在则要换档(改变P1.4的状态),这一点可以从图3程序框图中看出。自动换档程序最终在输出温度采样值的同时,还应输出档位状态,以便后面程序根据档位状态查表。2 自动标定
由于热敏电阻器互换性较差,所以每个仪表的温度值都必须经过仔细标定。标定采用自动标定,这样可以确保标定费时少、精度高。
本文中,温度决定了RT阻值的大小,而RT阻值又决定了C点电压的大小(见图2),C的输出点电压经芯片ICL7135A/D转换,得到一采样值。由A/D采样值到温度的换算采用查表方式。首先建
航空航天大学出版社,1993.269-271.
[2] 李 莉.可编程看门狗监控EEPROM芯片X25043/45原理及
应用[J].电子技术应用1999,(5):67-69.
作者简介:
樊斌(19-),男,副教授。1988年南京大学信息物理系毕业,
硕士。现为苏州铁道师范学院物理系教师,从事声学、电子技术等方面的教学及应用研究。
立一个温度-采样值表格,表格中从-30℃开始,
