NTC负温度系数温度传感器工作原理- 提拉糖果屋的日志- 网易博客

NTC负温度系数温度传感器工作原理

2010-03-08 19:49:53 阅读9 评论0 字号:


NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC温度传感器器就是负温度系数温度传感器器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上xx类似锗、硅等半导体材料。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。NTC温度传感器器在室温下的变化范围在10O~1000000欧姆,温度系数-2%~-6.5%。NTC温度传感器器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。


NTC负温度系数热敏电阻专业术语

零功率电阻值 RT(Ω)

RT指在规定温度 T 时,采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。

电阻值和温度变化的关系式为:

RT = RN expB(1/T – 1/TN)

RT :在温度 T ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值。
RN :在额定温度 TN ( K )时的 NTC 热敏电阻阻值。
T :规定温度( K )。
B : NTC 热敏电阻的材料常数,又叫热敏指数。
exp :以自然数 e 为底的指数( e = 2.71828 …)。

该关系式是经验公式,只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的xx度,因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数。

额定零功率电阻值 R25 (Ω)

根据国标规定,额定零功率电阻值是 NTC 热敏电阻在基准温度 25 ℃ 时测得的电阻值 R25,这个电阻值就是 NTC 热敏电阻的标称电阻值。通常所说 NTC 热敏电阻多少阻值,亦指该值。

材料常数(热敏指数) B 值( K )

B 值被定义为:

 

RT1 :温度 T1 ( K )时的零功率电阻值。
RT2 :温度 T2 ( K )时的零功率电阻值。
T1, T2 :两个被指定的温度( K )。

对于常用的 NTC 热敏电阻, B 值范围一般在 2000K ~ 6000K 之间。

零功率电阻温度系数(αT )

在规定温度下, NTC 热敏电阻零动功率电阻值的相对变化与引起该变化的温度变化值之比值。

 

αT :温度 T ( K )时的零功率电阻温度系数。
RT :温度 T ( K )时的零功率电阻值。
T :温度( T )。
B :材料常数。

耗散系数(δ)

在规定环境温度下, NTC 热敏电阻耗散系数是电阻中耗散的功率变化与电阻体相应的温度变化之比值。

 

 δ: NTC 热敏电阻耗散系数,( mW/ K )。
△ P : NTC 热敏电阻消耗的功率( mW )。
△ T : NTC 热敏电阻消耗功率△ P 时,电阻体相应的温度变化( K )。

热时间常数(τ)

在零功率条件下,当温度突变时,热敏电阻的温度变化了始未两个温度差的 63.2% 时所需的时间,热时间常数与 NTC 热敏电阻的热容量成正比,与其耗散系数成反比。

 

τ:热时间常数( S )。
C: NTC 热敏电阻的热容量。
δ: NTC 热敏电阻的耗散系数。

额定功率Pn

在规定的技术条件下,热敏电阻器长期连续工作所允许消耗的功率。在此功率下,电阻体自身温度不超过其{zg}工作温度。

{zg}工作温度Tmax

在规定的技术条件下,热敏电阻器能长期连续工作所允许的{zg}温度。即:

 

T0-环境温度。

测量功率Pm

热敏电阻在规定的环境温度下, 阻体受测量电流加热引起的阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计时所消耗的功率。
一般要求阻值变化大于0.1%,则这时的测量功率Pm为:

 

电阻温度特性

NTC热敏电阻的温度特性可用下式近似表示:

式中:
RT:温度T时零功率电阻值。
A:与热敏电阻器材料物理特性及几何尺寸有关的系数。 
B:B值。
T:温度(k)。
更xx的表达式为:

 

式中:RT:热敏电阻器在温度T时的零功率电阻值。
   T:为{jd1}温度值,K;
   A、B、C、D:为特定的常数。
**********************************************************************
数字热敏温度计
引言:随着半导体技术的不断发展,热敏电阻作为一种新型感温元件应用越来越广泛。他具有体积小、灵敏度高、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点。

一、 热敏电阻温度转换原理
热敏电阻是温度传感器的一种,他由仿陶瓷半导体组成。热敏电阻(NTC)不同于普通的电阻,他具有负的电阻温度特性,即当温度升高时,其电阻值减小。图1为热敏电阻的特性曲线。 热敏电阻的阻值~温度特性曲线是一条指数曲线,非线性较大,因此在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽然能够改善热敏电阻的特性曲线,但是比较复杂。为此,在要求不高的一般应用中,常做出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定,以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度,给热敏电阻通以恒定的电流,电阻两端就可测到一个电压,然后通过下面的公式可求得温度:
                 T=To-KVt
式中:T为被测温度,To 为与热敏电阻特性有关的温度参数, K 为与热敏电阻特性有关的系数, Vt 为热敏电阻两端的电压。热敏电阻两端的电压值经A/D转换变成数字量,然后通过软件的方法计算得到温度值,再进行显示处理。
 
 图1 热敏电阻的特性曲线

二、 温度采集转换电路
     A/D转换由集成电路ADC0809完成,ADC0809具有8路模拟输入端口,把ABC口接地直接选择IN0口。热敏电阻Rt串上一个普通电阻再接上+5v电源,取Rt两端的电压经IN0送ADC0809转换。转换启动信号和地址所存信号连接在一起,由写信号控制地址的写入,运行一个100?s的延时,以等待A/D转换完成好进行数据的读操作,为此口地址和写信号相与后送OE,当写信号有效时,转换数据送到数据总线,由AT89C52接收。由单片机的读写信号经或非门74LS02控制ADC0809。
 
                           图2温度采集转换 电路

三、显示电路
                
                 (1)                                      (2)
图3  显示电路

显示电路采用4位共阳LED数码管,P2口的P2.0 P2.1 P2.2 P2.3和P1口来作为数码管的显示控制,用PNP型三极管9014来驱动。为使数码管有合适的亮度增加了几个限流

四、总原理图
 
图4   总原理图
五、主要源程序:
     ORG 0000H
        AJMP MAIN
      ORG 0100H
START:
       MOV DPTR,#4000H       ;ADC0809的地址
       MOVX @DPTR,A
LOOP:CJNE P3.3 ,#0, LOOP
        MOVX A , @ DPTR
COMP:MOV   B,#03 H     
      MUL AB   
      MOV B,#06H
      DIV AB        
      MOV B , A
      MOV A,#0A0H
      CLR C
      SUBB A,B
      CJNE A,#0AH,COMP1
COMP1:JNC COMP4
      CJNE A,#97H,COMP2
COMP2:JC COMP3
COMP4:
       MOV 2AH,#0FH
       MOV 2BH,#0FH
       MOV 2CH,#0FH
       ACALL DISP
COMP3:RET
MOV R1 ,#00H
MOV R2 ,#00H
CHAN:CLR   C
      SUBB A,#64H      ;温度转换为十进制数程序
      JC CHAN1
      INC R1
      AJMP CHAN2
CHAN1:ADD A,#64H
CHAN2:SUBB A,#0AH
      JC CHAN3
      INC R2
      AJMP CHAN2
CHAN3:ADD A,#0AH
     
      MOV 2AH,R1
      MOV 2BH,R2
      MOV 2CH,A
    DISP: MOV P2,#0FEH       ;位控口地址
      MOV R1,2AH           ;段控口地址
    MOV DPTR,DSEG
    MOVX P1,@DPTR+A
ACALL DELAY
     
MOV A,# 0FB H
    MOV R1,2BH      
    MOV DPTR,DSEG
    MOVX P1,@DPTR+A
ACALL DELAY
MOV A,# 0FD H
    MOV R1,2CH       
    MOV DPTR,DSEG
    MOVX P1,@DPTR+A
ACALL DELAY
AJMP START
DELAY:MOV R4,#02H       ;延时大约1MS
DELAY1:MOV R5,0FFH
      DJNZ R5,$
      DJNZ R4,DELAY1
      RET
DSEG:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
      DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
      DB 77H,7CH,39H,5EH,79H
      DB 71H,00H
END

 
七、总结与体会
单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域 , 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
1、 认真审题,看懂题目的要求!选择适当的课题,不益太简单或者太难。做到既能把课题完成又能锻炼自己的能力!
2、 根据课题要求,复习相关的知识,查询相关的资料。
3、 根据实验条件,找到适合的方案,找到需要的元器件及工具,准备实验。
4、 根据课程设计的要求和自己所要增加的功能写好程序流程图,在程序流程图的基础上,根据芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改,以达到能够实现所要求的功能的目的。
5、 该设计从头到尾都要自己参与,熟悉了对整个设计的过程,更系统的锻炼了自己。


 

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