Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

20-11-2018

Псевдологарифмическая характеристика усилителя компенсирует нелинейность термистора и расширяет диапазон измерений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2018

Stephen Woodward

EDN

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.

Эти кривые зависимостей сопротивления от температуры наглядно  подтверждают возможность улучшения разрешения при использовании  псевдологарифмической схемы.
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.

В псевдологарифмическом нормализаторе сигнала  термистора использован один операционный усилитель  и несколько пассивных компонентов.
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.

Ссылки

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Pseudologarithmic thermistor signal conditioning spans wide temperature range

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Рекомендуемые публикации по теме:
Форум  »
Обсуждение: Диод компенсирует нелинейность усилительного каскада
Схемы  »
Диод компенсирует нелинейность усилительного каскада
Форум  »
характеристика трансформатора Т2 2025.18
Форум  »
Обсуждение: Измеряем температуру c помощью термистора
Статьи  »
Измеряем температуру c помощью термистора

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
антенны Maxtena для приложений GPS (L1, L2), ГЛОНАСС и IRIDIUM
Инновационные антенны Maxtena для приложений GPS (L1, L2), ГЛОНАСС и IRIDIUM
Спиральные и микрополосковые антенны
Тепловизор Testo 875-1i
Тепловизор Testo 875-1i
матрица 160x120 пкс, NETD < 50 мК
Цена: от 190 000 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Лазерный дальномер Leica Disto D1
Дальномер Leica Disto D1
Дальность измерения: 0.2 - 40 м
Цена: от 4 999 руб.
Доставка: Россия
Рейтинг@Mail.ru