SCD-17：如何设计NTC测温电路

★★★SCD-18---NTC测温电路★★★

引言：高精度的NTC温度测量也需要精密信号测量，ADC采集，甚至是电路线性化和补偿（传送门：Resistor-7：NTC的线性化）。热敏电阻是无源器件，本身自己不会产生任何电信号，所以需要使用输入电流或电压来测量传感器的电阻，即让一个小电流经过传感器以产生电压，如下是三个考虑要点：

1#：选择激励电压/电流

2#：优化热敏电阻信号

3#：如何选择热敏电阻

€1.电流源输入

图18-1：电流源输入NTC配置

如图18-1所示，采用恒定电流作为输入，Rsense为固定电阻，那么VRsense上就会产生固定的参考基准电压，RTH上就会产生浮动电压。ADC采集Vout进行转换计算就可以得到当前NTC位置的温度。因为这种配置有固定参考基准电压的存在，恒流Iout的任何误差都会被抵消，所以Iout本身就不需要非常精准稳定。恒流配置通常比恒压配置更受欢迎，因为它能出色地控制灵敏度，而且当传感器位于远点时，它具有更好的抗干扰能力。这种类型的偏置常用于电阻值较低的热敏电阻（因为输入电流通常不会很小，较大的阻值会带来额外的功耗）。

但是对于电阻值较大且灵敏度较高的热敏电阻，温度变化所产生的信号电平会较大，此时应使用固定电压输入。

€2.电压源输入

图18-2：电压源输入配置

如图18-2所示为恒压配置，也是使用最为广泛的配置，恒压配置如图左采用普通的参考配置电阻R，测量R两端电压，通过欧姆定律分配得到RTH的值，就可以计算此时NTC所处的温度。图右是采用精密的参考配置电阻Rsense，其中激励电压也用作ADC基准电压。

€3.配置方式

无论使用恒流还是恒压配置，建议都使用比率式配置，即Rsense=RTH（25℃），以便将它处于25°C标称温度时的输出电压设置为基准电压的中间值，其中基准电压和NTC电压是从同一恒定源获得（串联），这意味着输入源的任何变化都不会影响测量的精度。选择用来为热敏电阻和Rsense供电的基准电压与用于测量的ADC基准电压相同，则整个测温系统就是比率式测量配置，任何与恒压源相关的误差都会被消除。

比率式配置小结：

1#：Rsense=RTH

2#：Vin=V_ADC

常用的配置结构：

一般来说，NTC的阻值常用有以下几种：10KΩ、47KΩ、100KΩ、150KΩ、220KΩ、470KΩ，并以10KΩ和100KΩ居多，下面的式子我们均以100KΩ代入演示。

图18-3：常规配置

图18-4：拓展配置

€4.两种计算方式

第一种就是器件读取到某一温度下的RTH值之后，MCU的ADC采集到电压换算到当前温度电阻值RT后，使用如下公式计算出T1：

T1：环境温度

T2：(273.15+25)

B值：热敏电阻的重要参数

RT：热敏电阻在T1温度下的阻值

第二种就是分段法，获取NTC的R-T表，将测温范围划分为若干个区间，假设0-100℃划分为10个区间，这样就可以得到9个线段，然后求出9个一元一次方程的解，把ADC测出的RTH值代入对应阻值所属区间方程里，就可以求出对应温度，当然随着划分的区间越多，结果越精确。不过还有另外一种查表法则更为准确，即将R-T表整个录入程序中，将采集到的RTH进行查表匹配，缺点是耗费计算资源。

€5.NTC的选择

（传送门：Resistor-6：NTC选择实例）NTC在25℃时的标称电阻从几欧姆到10MΩ不等，与RTD相比，热敏电阻每摄氏度的阻值变化更大。NTC的高灵敏度和高阻值使得其前端电路比RTD简单的多，因为热敏电阻不需要任何特殊的接线配置来补偿引线电阻，热敏电阻设计仅仅使用简单的2线式配置。

标称电阻较低的热敏电阻，支持的温度范围通常也较低，例如-50℃-70℃，标称电阻较高的热敏电阻，则可支持最高300℃的温度。

热敏电阻元件有珠状、径向和SMD等形态，珠状热敏电阻采用环氧树脂涂层或玻璃封装，以提供额外保护。环氧树脂涂层珠状热敏电阻、径向和SMD热敏电阻适用于最高150°C的温度，玻璃涂层珠状热敏电阻适用于高温测量。所有类型热敏电阻的涂层/封装还能防止腐蚀，一些热敏电阻还具有额外的外壳，以在恶劣环境中提供进一步的保护。

与径向/SMD热敏电阻相比，珠状热敏电阻具有更快的响应时间，但是后者不如前者那么稳健，因此使用何种热敏电阻取决于最终应用和热敏电阻所处的环境。热敏电阻的长期稳定性取决于制造材料及其封装和结构，例如环氧树脂涂层的NTC热敏电阻每年可能变化0.2℃，而密封的热敏电阻每年仅变化0.02℃，不同热敏电阻有不同的精度，标准热敏电阻的精度通常为0.5°C至1.5°C。

（传送门：Resistor-4：负温度特性电阻（NTC））

（传送门：Resistor-5：NTC的特性与选型）