【应用】基于Littelfuse NTC温度传感器的线性化精确测温方案

2019-04-09 世强
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LITTELFUSE是一家全球性的公司,可提供客观、全面和个性化的客户解决方案。2017年Littelfuse收购了世界一流的热敏电阻制造商U.S.Sensor,拓展了温度传感器市场。本文选择Littelfuse NTC温度传感器,通过设计合理的驱动电路实现NTC测温的线性化,并实现±0.1℃的精确温度测量。


器件选型

本设计应用于医疗器械体外诊断行业,要求传感器封装小,响应时间短以及精度高等,最终选择Littelfuse的KS103J2负温度系数的热敏电阻温度传感器,该温度传感器具有封装小、成本低、精度高等优点。

 

图1:KS103J2热敏电阻温度传感器


 硬件方案

热敏电阻器的温度-电阻特性是非线性的,因此需要设计合理的硬件驱动电路对它进行线性化处理。如下原理图所示,本文选择电压模式,只通过一只固定电阻器R7来实现NTC的测温线性化。

 

图2:NTC硬件驱动原理图


串联电阻R7的阻值由使用温度和NTC的特性决定,具体计算公式如下:

式中,RTL是NTC使用的温度下限时的电阻值,RTH是NTC使用的温度上限时的电阻值,RTM是NTC使用温度范围的中间温度时的电阻值。


本设计温度使用范围20℃-40℃,结合Littelfuse KS103J2特性,经过计算选择5.9K精密电阻R7。


方案验证

1、分别测量20℃-40℃范围内,不同温度下的输出电压,并将温度数据与输出电压值数据进行曲线拟合,如下图3所示,具有很好的线性

图3:NTC线性化处理后温度-电压驱动


2、将NTC温度传感器放入37℃恒温箱中连续进行将近50min测量,如下图4所示,温度波动在±0.1℃以内。

  

图4:NTC 恒温下测温曲线


本文通过实验验证,采用Littelfuse的KS103J2负温度系数热敏电阻温度传感器实现了NTC测温的线性化,并实现±0.1℃的精确温度测量。

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