基于非平衡电桥的NTC热敏电阻测量校正.pdf

第24卷第4期电子设计工程2016年2月Vol 24No4Electronic Design EngineeringFeb.2016基于平衡电桥的NTC热敏电阻浏测量正叶晓靖,刘付永红,谭炎(华南理工大学物理与光电学院,广东广州510640)摘要:NTC热敏电阻具有阻值随温度的升高而呈现非线性的指数降低关系。通过计算与实验证明:当NTC热敏电阻为等臂电桥待测臂时,在非平衡状态下,电桥输出电压Uo与NTC热敏电阻R的关系在一定范围内具有与阻温特性补偿的特点。利用该特点可对一定温度范围内的热敏电阻的输出特性进行简单而精确的线性校正。关键词:NTC热敏电阻;非平衡电桥;热歙系数;线性化中图分类号:TN371文献标识码:A文章编号:1674-6236(2016)04-0056-03Correction of NTC thermistor measuring by unbalanced bridgeYE Xiao-jing, LIUFU Yong-hong, TAN YanSchool of Pysics and Optoelectronics, South hina Uniersity of Technology, Guangzhou 510640, China)Abstract: The resistance of NTC thermistor will exponential decay while temperature raises. Through the calculation andexperiment, this paper introduced a NTC thermistors thermal coefficient correction method by using unbalanced bridge: whilethe NTC thermistor is placed in the unknowed resistance of a electric bridge, the output votage will linear change in a widetemperature rangeKey words: NTC thermistor; unbalanced bridge; thermal coefficient; linearization第一个NTC热敏电阻是法拉第在1833年研究硫化银的12半导体特性时发现的。直到1932年德国才首先采用氧化铀制成NTC( Negative temperature coefficient负温度系数)热敏电阻,之后经过数十年的技术改进,热敏电阻现已泛应用于测量测试领域。NTC热敏电阻的阻值随温度的升高旱现非线性的指数降低关系,其工作温度范围一般在-50150之间。热敏电阻与金属热电阻相比,具有热敏系数大(-1%7AN-6%/C),常温下电阻值较大(一般在数千欧姆以上),结构简单,价格低廉,适于动态测量的特点,在测试和自动控制领域图1NTC热敏电阻的R-T特性曲线ig. 1 R-1 curve of NTC thermistor得到广泛应用。从元件的功能米看,热电阻主要有温度补电阻值偿、抑制浪涌电流和温度测量等功能,但其阻温关系存在非B-B值,为热敏常数,定义为两个温度下测得的零功率线性,因此在进行精度较高的大范围温度测量中,常要进电阻值的自然对数之差与这内个温度倒数之差的比值,其值较复你的分段线性校正或补偿?一般由生产配方决定,数值一般在20007000K内1NTC热敏电阻阻温特性及标定对B值的标定时,可对(1)式进行変换R.热敏电阻的温度特性可以用经验公式表示:R通过选取0,25,503个温度下的标定值可以计B,=R?e算真实B值例其中,T为开尔文温度R-规定温度为7时,测得的热放电阻零功卒阻值,单位2非平衡电桥原理及热敏电阻的测量校正为h2;根据电桥工作时是否平衡可将电桥分为平衡电桥和非R-标称电阻值,指7为25(298K)时测得的零功率平衡电桥。平衡电桥通过比较桥路中待测电阻Rx与标准电阻R,从而得到待测电阻Rx值。而在实际的工程测试中,很收稿日期:2015-04-01稿件编号:201504007基金项目:华南理工大学探索性实验项目(Y1140590)作者简介:叶晚靖(1978一),女,广东东莞人,硕士,程师。研究方向:实验教学与管理。叶晓靖,等基于非平衡电桥的NTC热敏电阻测量校正多待测物理量是连续变化的,将柑应的阻值变化元件放置在电桥的待测电阻桥臂上时,电桥多处于非平衡的工作状态,IL IWIT III m-r故利用电桥输出的非平衡电压可以对引起待测电阻变化的其他物理量进行测量。其原理如图2所示:AB为供电电压Ui7=1输入端,CD为测量电压o输出端D.51图3BT值不同时,非平衡电桥输出电与热敏电阻o-Rx关系曲线Fig. 3 O-RX curves of unbalanced bridge wil NTC Thermistor indifferent B/T values2.1热电系数的计算图2电桥原理使用经过电桥校正后的非半衡电压。计算热电系数aFig 2 Bridge principle根据分压原理R, +hU. dBe2 ATr2将T”代入,可得在T温度附近,使用热鞭电阻为待测电输出电压为阻R时非平衡电桥的输出热电系数为:R(R2R、-R1R3=(m-r(R+R。R2+R(R1+R)(R2+R3)U. Be当电桥平衡时,满足R1R=R2R,电桥输出电压U。=0若待测电阻Rx因外界环境変化面产生変化时,设电桥式(11)的计算结果可用于经过非平衡电桥校正后的热平衡时待测电阻为R,则有Rx=R+R,输出电压敏电阻输出特性估算=R2A-RAR)、U-、RR)(R+R)+R(RR、(6)2适用范围讨论R2R+R2R-RR3对T”做归一化处理,根据Q与r的关系(见图4),随着若电桥采用等臂连接,R1=R2=R=R,则B/T值的増加,ao接近最大值。若a-7关系曲线上热电系数U= R(R -RRR2R(+ R4R2+2RAR i AR4R+2R(7)为a的半高宽度T为该种校正方式的适用范固,则T宽般情况下,电阻増量R较小时,满足RR,上式分度随B值増加面滅母中含R项可以去掉。R于=10但若R、为某NTC热敏电阻,其阻值可在较宽的温度变化范围内,则难以满足RR条件。按其他3个桥臂的电阻1均为Rx在某温度下阻值R来计算,有非平衡电压输出U。与B/T关系2UER(e图4不同B/T值下,-T关系曲线