高精度NTC测温电路设计及电阻值计算

什么是NTC

NTC它是一种对温度变化敏感的热敏电阻，在不同的温度下，可以呈现不同的电阻值。

热敏电阻有两种，一种是负温度系数电阻(NTC)，当温度升高时，电阻值降低，另一种是正温度系数电阻(PTC)，当温度升高时，电阻值增加。

计算热敏电阻的电阻值

NTC电阻值R与温度的关系可以表示为：

公式1，电阻与温度函数关系

T是绝对温度，值为摄氏度 273.15，单位为K(开尔文)。

R0一般取温度25℃即298.15K时间电阻值，对应T0取25℃，即298.15K。

B材料常数。不同的村料或生产工艺会导致B值的变化，甚至在热敏电阻的工作范围内，B数值可能会改变，而不是严格的常数；

因为NTC电阻与温度呈非线性关系，温度随温度变化的变化率越小。

所以随着温度的增加，NTC温度测量的精度变化；

因此，更适合温度变化范围小的使用场景，如环境温度(约-20℃-50℃)或者检测水温(0℃-100℃)。

搜索到的一个NTC，按照温度为25℃电阻值个电阻值KΩ，10 KΩ材料系数B值固定数B值固定在3950。

我们选择10K根据公式1，可以得到这个规格NTC电阻与温度的关系如下：

公式2，电阻与温度之间的函数关系

通过excel表格公式，在excel第一列输入温度，第二列输入公式可获得不同温度下的电阻值，如0℃为33.6 KΩ

采用excel计算AD值

NTC温度测量电路的设计

NTC温度测量的核心ADC功能的MCU，电路相对简单，只需通过另一个高精度电阻分压接收固定电压即可NTC电阻，然后将分压值连接到MCU的ADC输入口。

如下图：

NTC测温电路

R1为1%精度的电阻，R2为NTC，

0.1uF的电容C1除了从电源引入或电路板感应过滤高频干扰信号外，当ADC有多路AD转换时输入，MCU的AD模块需要通过模拟开关切换不同的通道，然后进行采样转换和电容C1可以在ADC切换通道后，快速向采样电容充电，以提高转换速度，避免采样时间过短导致测量不准确。

R上拉电源应和MCU的ADC参考电源共中，MCU供电和ADC参考电源共用一个电源)。

这是因为：

输入ADC的AD(假设为12位)ADC)：

AD值计算公式

若上拉电源ADC参考电源共用一个电源，可以得到一个与上无关的公式：

AD值计算公式

因此，可以消除电源精度对测试的影响，降低计算的复杂性；

NTC温度测量软件的设计

在网友的程序设计中，他直接将公式1取对数，通过复杂的对数操作和倒数操作获得温度值，这是不合适的，

主要是：

普通单片机不一定提供这样的数学函数库。

普通单片机没有浮点数运算，浮点数转为整弄运算，难免会有舍入误差。

单片机做对数，倒数操作，只能是近似算法，会花费大量的操作时间，可能会达到几百ms级，影响了对其它功能处理的实时性。

公式1只是一个近似公式，B值不是常数。没有办法根据实际测量值来校准计算值，从而提高测量精度。

在实际项目中，我采用了分段线性化的方法，步骤如下：

采用excelC语言中的表格自动生成AD二维数组的温度

测温范围分为0-100度范围内的100个范围，每个范围分为100个范围℃

计算或测量每个区间下限和区间上限的温度值； 比如区间30℃-31℃，30根据公式1计算或实际测试℃以及31℃的AD值。

将这些区间表示为2维数组(这个2维数组也可以通过实际测试形成)；

取出将AD转换和多次平均值后，编历分段的范围，以及这些范围AD比较上下限，判断落在哪个区间，

区间内的插值修正按一次函数公式进行：

测试温度值=区间温度下限 (间隔温度上限-间隔温度下限)/AD上限-区间AD下限)*(AD测量值-区间AD下限)

最后，提供我使用的分段线性化程序：