热敏电阻的简易线性补偿方法

　　1　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,在高分辨率的控温设备中热敏电阻是首选元件。

　　因为只有当仪表的刻度方程是线性方程时,才能保证该仪表在整个测量范围内灵敏度均匀,读数分析方便,便于数据处理。以往,解决负温度系数热敏电阻线性化问题的方法多采用3个或3个以上运算放大器构成补偿电路,然而采用多个运算放大器使电路复杂,成本提高,且影响线性输出的因素增多,因而使用单一放大器作为非线性补偿的函数发生器,能够在满足补偿精度的基础上,实现补偿后输出参数与温度成线性关系。

　　2　负温度系数热敏电阻特性

　　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。

　　式中　b=(1nR0-1nR1)T0T1T1-T0

　　T——绝对温度(K)

　　T0——预订的温度范围最低点(K)

　　T1——预订的温度范围最高点(K)

　　RT——温度T时的阻值(kΩ)

　　RT0、RT1——温度T0、T1时的阻值(kΩ)

　　b——热敏电阻的材料常数

　　本文采用MF51珠状玻璃密封式半导体热敏电阻,其特性曲线如图1所示,选取0～50℃温度测量范围,该段R—T特性见表1,材料常数约为3620.17。

　　3　单放大器线性补偿方法

　　3.1　电桥差动线性补偿法

　　利用电桥和差动放大电路的特性,将热敏电阻作为电桥的一个桥臂,与运算放大器构成电桥差动线性补偿电路如图2(a)。如果U01、U02、U03分别对应温度范围t1、t2、t3的输出电压,其中t2=(t1+t3)/2,当U01= 0时,其线性输出条件是U02=U03/2,根据等效电路图2(b)得出:

　　为使线性输出条件U02=U03/2成立,所以取

　　(RT1、UX1分别对应t1时的热敏电阻阻值和其桥臂电压)

　　忽略二次以上非线性项时,其线性偏差为：

　　式中

　　当δ=0时,式(2)中U0导数只有很小的变化,近似线性。因为热敏电阻的RT1、RT2和RT3已知,根据式(3),即可确定R、R′、RS、Rf的值,满足线性化要求。

　　在线性补偿中,该方法较为常用,可以根据所需补偿精度和温度范围及热敏电阻参数进行选用。