Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2018
Учитывая его дешевизну, малые размеры, прочность, точность, универсальность и чувствительность, неудивительно, что термистор считается одним из самых популярных датчиков температуры. Однако в некоторых приложениях чувствительность термистора может быть чрезмерной для измерений в широком диапазоне температур. Например, при объединении сильно нелинейной экспоненциальной зависимости сопротивления термистора от температуры с линейной характеристикой нормализатора сигнала [1] результирующий график, как показывает Кривая А на Рисунке 1, плохо подходит для практического использования.
 |
||
| Рисунок 1. | Эти кривые зависимостей сопротивления от температуры наглядно подтверждают возможность улучшения разрешения при использовании псевдологарифмической схемы. |
|
Необходимо отметить, что основная часть диапазона сопротивлений термисторов сосредоточена в узком интервале температур вблизи нижней границы диапазона. Кривая Б на Рисунке 1 показывает, что изменение сопротивления на градус изменения температуры при низких температурах выглядит чрезмерно резким. С ростом температуры разрешение уменьшается и в верхнем конце шкалы температур может стать недостаточным.
 |
||
| Рисунок 2. | В псевдологарифмическом нормализаторе сигнала термистора использован один операционный усилитель и несколько пассивных компонентов. |
|
Напротив, схема преобразования сигнала на Рисунке 2 смягчает присущую термистору нелинейность путем формирования компенсирующей псевдологарифмической функции отклика, представленной Кривой В на Рисунке 1. Диапазон выходных напряжений схемы ±10 В, входной рабочий диапазон АЦП ±10 В и сопротивление термистора RT связны следующей формулой:
Кривая Г на Рисунке 1 характеризует результирующее разрешение. Максимальное разрешение получается при температуре, при которой сопротивление термистора равно R4 и выходное напряжение равно нулю. Хотя выбор этого сопротивления оптимизирует разрешение в средней части диапазона измерений, номинальное сопротивление термистора относительно некритично. При необходимости сместить диапазон выходных сигналов ±10 В можно выбрать другое значение опорного напряжения VREF. Для достижения лучших характеристик схемы можно использовать тот же опорный источник VREF и для измерительной системы АЦП, что сделает измерения логометрическими и, таким образом, нечувствительными к дрейфу опорного напряжения.
В дополнение к разрешению, диапазону измерений и влиянию дрейфа источника опорного напряжения, с термисторами, как, в сущности, и со всеми датчиками температуры, связана еще одна проблема – эффект саморазогрева. Этот эффект создается выделением мощности на омическом сопротивлении от проходящего тока возбуждения. Ограниченная тепловая масса миниатюрных термисторов ограничивает их способность рассеивания тепла, часто значением лишь в несколько микроватт на градус, что может вызывать сильные температурные сдвиги.
В схеме на Рисунке 2 мощность, выделяемая вследствие саморазогрева термистора, достигает максимального значения в средней части шкалы, то есть, когда выходное напряжение равно нулю, и при указанных на схеме номиналах компонентов она равна
Для всех, кроме самых миниатюрных, термисторов такой уровень саморазогрева приводит к приемлемо низким ошибкам, измеряемым долями градуса.
