热敏电阻温度传感器的非线性校正

第27卷　第2期2008年4月

武夷学院学报

JOURNALOFWUYIUNIVERSITY

Vol.27　　No.2

APR.2008

热敏电阻温度传感器的非线性校正

范有机

(武夷学院　电子工程系,摘　要:。校正后传感器的输出电压与绝对温度的比值约

为1mV K,1。

关键词:热敏电阻;;非线性;校正

中图分类号:TP212.11　　文献标识码:A　　文章编号:1674-2109(2008)02-0060-03

0　引言

热敏电阻是由固态半导体材料制成的测温元件,按其物理特性分为正温度系数(PTC)热敏电阻、负温度系数(NTC)热敏电阻和临界温度系数(CTC)热敏电阻3类。其中,负温度系数热敏电阻在测温电路中应用较为广泛,具有灵敏度高、热响应速度快、体积小、使用寿命长、价格低等优点,但是,非线性严重,实际使用是要对其进行线性校正。

负温度系数热敏电阻(以下简称热敏电阻)虽具有很高的负温度系数和电阻率,但其电阻变化表现为温度的函数是指数形式[1]:

Rr=R0exp(B(

1.1　热敏电阻温度传感器

图1是一种由热敏电阻构成的温度传感器电路,其输出电压为

V

01

=V

Z

R1

(2)

图1　热敏电阻温度传感器电路

T

-

T0

))(1)

式中:VZ为基准电源输出电压15V。

将RT=R0exp(B(-T

V

01

T0

式中:RT,R0,分别为温度T(K)和T0(K)时的阻

值,T0为基准温度(通常为298.15K);

B为热敏电阻的材料常数。

))代入(2)得:))

==

R0exp(B(-R1T

T0

可见

,RT与T不成正比,而是呈指数规律变化的关系;为了实现RT与T之间线性关系,需要进行非线性校正,本文介绍以指数运算电路和对数运算电路为基本单元的硬件实现的非线性校正原理及电路设计。

exp(B T)

R1exp(B T0)

=Αexp(B T)(3)

其中:Α为常数,Α=1.2　非线性校正原理

。

R1exp(B T0)

1　校正原理

　收稿日期:2007-12-4

作者简介:范有机(1979-),男,汉族,主要研究方向:EDA

技术。

从式(2)中可以看出,传感器的输出电压V其输出电压是V

01

与温

度T之间是非线性的关系,如果能设计一个电路,让

01

的非线性函数V0=f(V01),那么

只要f(V01)满足某种关系,或者说对(V01)进行相关运算就可以使温度T与输出电压V0呈线性关系:

范有机:热敏电阻温度传感器的非线性校正

61

V0=kT其中:k为线性增长系数,取k=10。

-3

把式(3)变V01 Α=exp(B T)为,再两边取对数得:

lnΑ

=B T]T=B ln

Α

(4)

1

将(4)代入得:V0=

-)=(

)ln(V01 ΑkB

(5)

式(5)即满足非线性校正要求的函数。也就是先对V

01

进行比例对数运算,1TV0式中:VT=

11600

T

为温度电压当量,在常温T==0.026V;

300K时V

幂运算电路(可由指数运算电路和对数运算电路来构造)来实现。

T1、T2为对管;VREF为参考电压。

2

　非线性校正电路的设计

2.1　基本电路单元2.1.1　对数运算电路

2.1.3　次幂运算电路

将对数运算电路的输出作指数运算电路的输入

V

02

=VS3,由公式(6)和(8)可得[4]:

VS3=VV

03

02

=-(1+

)VTlnR14VREFR11

(1+

RR14

(R+RR(-=e2324)VT

R21

)VTln

VR)

VREFR11

RVR

(RR+(-(1+)ln)

)RRV=e232414REFR11

R21

(R+R)R-(R

)()=23+R24R14

R21VREFR11

(9)

显然,从式(9)可看出将对数运算电路和指数运算电路串接能实现幂运算。下面构造-1次幂运算电路:

图2　对数运算电路

如图2所示,输出与输入的关系:

)VTlnV02=-(1+

R14VREFR11

)VT=1,取:(1+=ΑR14R12

则:V02=ln

[2]

取:(=1+

R23+R24)R14

(6)

-1

()R21VREFR11

取:=1,=kB

R21R12

则:V03=()-1

kB

则:V03=

Α

(7)

式中:VT=

11600

300K时=0.026V;

为温度电压当量,在常温T=

为了和前面符号区分记为:

V

04

=(

-)kB

1

(10)

T1、T2为对管;VREF为参考电压。

显然,-1次幂运算电路可由对数运算电路和指数运算电路串接来实现,其中VS4为-1次幂运算电路的输入信号,V2.2　整体电路

(8)

04

2.1.2　指数运算电路

为-1次幂运算电路的输出信号。

-

1),利=(

)ln(V01 ΑkB

如图3所示,输出与输入的关系[3]:

V

03

V(RR+

=e23R24)VT

R21

根据式(5):V0=

62

用单元电路实现整体电路如图4所示:

武夷学院学报　　2008年第2期

t ℃T KV0 mVt ℃T KV0 mV

202530

293.15298.15303.15308.15.15.15

292.55297.83302.24307.13.7075808590343.15348.15353.15358.15363.15373.15

340.43345.27350.13354.83359.67368.74

图4　整体电路

35

由于第二级对数运算电路中取(1+1,而V

T

)VR14

T

=

40=

11600

,了减小误差提高精度,,。

为了提高精度,,对管选用一片集成四对对管集成块里面的,运放选用高增益、低温漂、低噪声的运放(如仪器放大器LTC6915),电位器(调整用)选用稳定性好,且为多圈的电位器,电阻选用精度高的电阻(如RJJ型高精度金属膜电阻等)。

从表2可看出,经非线性校正后的传感器的输出电压与绝对温度的比值约为1mV K,最大误差不超过,基本为线性关系,能满足普通的温度测量所需要的精度。为了简化电路便于实现,可选用多功能运算变换器4032[ …… 此处隐藏：2642字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……