前语
美国国家仪器公司的《惯例丈量攻略》是获取常用传感器和信号丈量信息的一致资源入门辅导。以下每一个文档讲到相应信号/传感器的作业原理,并且供给怎么丈量的辅导。这些文档的目的是协助您快速开端丈量作业。
热敏电阻概览
与 RTD 相似,热敏电阻也是温度活络的半导体,其阻抗随温度而改变。热敏电阻由以玻璃或环氧珠封装的金属氧化物半导体资料制作而成。并且,热敏电阻的典型标称阻抗值要比 RTD 高得多,阻抗值从 2000Ω 到10,000Ω,故可用于较低电流的丈量。
图 1. 热敏电阻的常用符号表明
每个传感器都有一个设定的标称阻抗,根据必定的线性化近似处理,该阻抗随温度按份额改变。热敏电阻具有负温度相关系数(NTC)或正温度相关系数(PTC),前者(也更为常见)的阻抗随温度升高而下降,而后者的阻抗随温度的升高而上升。
您能够将 PTC 热敏电阻或正温度相关系数热敏电阻用作限流设备(代替保险丝),或许用作小型温控炉的加热组件。而 NTC 热敏电阻(本文的主题)首要用于温度丈量,并广泛运用于数字温度调理设备或轿车中以监测引擎的温度。
典型情况下,热敏电阻具有较高的活络度(约 200 Ω/°C),这使得它关于温度的改变十分活络。尽管热敏电阻具有极高的呼应速率,但它的运用限于最高为 300 °C 的温度规模。该特性及其高标称阻抗,有助于在较低温度的运用中供给准确的丈量成果。
怎么进行热敏电阻丈量
因为热敏电阻是阻抗性设备,您有必要对其施加一个的鼓励源,然后读取流过终端的电压。该鼓励源有必要坚持稳定和具有适当的精度。
您能够将热敏电阻以差分办法接入模仿输入通道以进行温度丈量。换言之,您有必要跨热敏电阻衔接模仿输入通道的+ve 和-ve 端子。
热敏电阻可选用 2-线、3-线或 4-线装备,其衔接别离如图 2 所示。
图 2. 2-线、3-线与 4-线衔接框图
当存在多于两条的连线时,这些额定的连线仅用于与鼓励源的衔接。在 3-线或 4-线衔接办法中,连线被归入到
跨过丈量设备的高阻抗通路中,然后有用地下降了由连线阻抗(RL)带来的差错。
将热敏电阻衔接至丈量设备的最简洁的办法就是选用 2-线衔接(参见图 3)。在此办法中,给热敏电阻施加鼓励源的两根连线也可用于丈量流过该传感器的电压。因为热敏电阻的标称阻抗十分高,故连线的阻抗不会影响其丈量值的精度;因而,2-线丈量精度关于热敏电阻业已满足,然后使得 2-线热敏电阻最为常用。
3. 2-线衔接
将热敏电阻与仪器相连
许多仪器供给了相似的与热敏电阻衔接的可选计划。例如,以 NI CompactDAQ 体系与 NI 9215 C 系列模块为例(参见图 4)。
图 4. NI 9215 C 系列模仿输入模块与 NI CompactDAQ 底板
注目的 5 中衔接框图的差分衔接——两条连线别离与热敏电阻的任一端和信号通道的正极端子或负极端子(这里是针脚 0 和针脚 1)相连。当运用此类型的传感器进行数据收集时,您能够指定鼓励电流(IEX)或鼓励电压(VEX),这取决于您所运用的鼓励源的类型。
图 5. 带有不同外部鼓励的 NI 9215 的热敏电阻衔接框图,其间(a)为电流鼓励源 IEX (b)为电压鼓励源 VEX
该电阻两头的电压差值读数能够视为温度值。电阻两头的电压与温度并不是呈完美的线性关系。为了将热敏电阻的阻抗映射至温度,NI-DAQmx 驱动程序选用了 Steinhart-Hart 热敏电阻三阶近似公式:
其间,T 表明凯尔文温度,R 表明丈量所得的阻抗值,A、B 和 C 是由热敏电阻制作商供给的常数系数。
您能够运用外部信号源,如 C 系列电压输出模块或电流输出模块,施加鼓励。因为热敏电阻的标称阻抗十分之高,您需求一个能够准确输出低电流的信号源。您能够运用 NI 9265 C 系列模仿输出模块作为热敏电阻的电流鼓励源,将其安置在与收集热敏电阻读数的 C 系列模块相同的 NI cDAQ-9172 底板上。NI 9265 具有 16-位精度的 0~20 mA 的输出规模。该款共同的输出模块具有与面向温度读数的输入模块相同数目的通道。
C 系列电流输出模块所运用的输出针脚如图 6 所示。
图 6. NI 9265 模仿输出模块端子衔接
注意事项
如果您无法排释额定的热量,由鼓励电流引发的热量会导致传感元的温度升高而超越外周温度,然后在外周温度的读数中引进差错。您能够经过下降鼓励电流使自热的影响最小化。
热敏电阻所发生的信号一般在毫伏量级,这使得它们很简单遭到噪声的搅扰。在热敏电阻数据收集体系中,一般选用低通滤波器以有用滤除热敏电阻丈量中的高频噪声。例如,低通滤波器关于去除在大多数实验室和工厂
环境中极为常见的 60 Hz 电力线噪声十分有用。
检查您的丈量成果:NI LabVIEW
一旦恰当的完结体系装备,您能够运用 LabVIEW 图形化编程环境收集并检查数据。
图 7. LabVIEW 前面板上的热敏电阻读数