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Rechner für NTC-Spannungsteiler

Den Vorwiderstand für einen NTC an einem ADC auslegen: Ausgang, Empfindlichkeit, Auflösung pro Code und Eigenerwärmung über Ihren Bereich.

Thermistor

Teiler und ADC

NTC liegt an

Temperaturen

Ergebnis

1,6500V

Empfindlichkeit 36,7 mV/°C; ein ADC-Code entspricht 0,022 °C. Der Vorwiderstand liegt weit von 4,84 kΩ entfernt, das einen größeren Ausgangshub über diesen Bereich ergäbe.

NTC-Widerstand
10 kΩbei 25 °C
Empfindlichkeit
-36,66 mV/°Cfällt mit steigender Temperatur
Auflösung pro Code
0,022 °C12-Bit-ADC, LSB 0,8057 mV
Gröbste im Bereich
0,141 °Cbei 100 °C
Ausgang über den Bereich
2,543 V … 0,215 Vbei 0 °C und 100 °C
Ausgangshub
2,328 V70,6 % der Versorgung
Strom
165 µA272,3 µW im NTC
Eigenerwärmung
—Wärmeableitkonstante aus dem Datenblatt eingeben
Vorwiderstand für größten Hub
4,843 kΩ√(R an den Bereichsenden); nächster E24 4,7 kΩ, E96 4,87 kΩ
ADC-Code
2048von 4096

Prinzipskizze

Speisung3,3 VNTC10 kΩ25 °CRs10 kΩNTC10 kΩ25 °CRs10 kΩ1,650 V165 µAADC12 bit
Aus den Eingaben oben gezeichnet; nicht maßstäblich.
Formeln und Normen
R(T) = R₀ · eβ (1/T − 1/T₀)   Vout = V × R(T) / (R(T) + Rs)
Rs,best = √(R(Tlow) · R(Thigh))   ΔTself = P / δ

NTC und Vorwiderstand teilen die Versorgung. Liegt der NTC an Masse, ist der Ausgang V × R(T) / (R(T) + Rs); liegt er an der Versorgung, V × Rs / (R(T) + Rs). R(T) folgt dem Beta-Modell, R(T) = R₀ exp(β (1/T − 1/T₀)), die Empfindlichkeit ist die Ableitung des Ausgangs nach der Temperatur. Ein ADC-Code geteilt durch die Empfindlichkeit ist der Temperaturschritt, den der ADC auflöst.

Der Ausgangshub zwischen zwei Temperaturen ist am größten, wenn Rs das geometrische Mittel der NTC-Widerstände bei diesen Temperaturen ist. Die Eigenerwärmung ist die Leistung im NTC geteilt durch seine Wärmeableitkonstante (in mW/K, aus dem Datenblatt, für Ihre Montage). Nutzt der ADC die Teilerversorgung als Referenz, ist die Messung ratiometrisch und Versorgungsschwankungen heben sich auf. Das Beta-Modell ist eine Näherung; für die beste Genauigkeit Steinhart-Hart-Koeffizienten in der Firmware verwenden.

NTC-Thermistoren oder -Fühler mit engen β- und R₂₅-Toleranzen gesucht?

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So funktioniert der Rechner für NTC-Spannungsteiler

Am einfachsten liest man einen NTC-Thermistor über einen Spannungsteiler: Thermistor und fester Vorwiderstand zwischen Versorgung und Masse, der Mittelpunkt geht an einen ADC-Eingang. Ändert sich die Temperatur, ändert sich der Widerstand des Thermistors und damit die Spannung am Mittelpunkt.

Der Rechner bestimmt den NTC-Widerstand aus dem Beta-Modell, dann die Ausgangsspannung, ihre Steigung in mV pro Grad und den Temperaturschritt, den ein ADC-Code darstellt. Das geschieht bei Ihrer Betriebstemperatur und über den ganzen Bereich, und er schlägt den Vorwiderstand mit dem größten Ausgangshub vor.

Den Vorwiderstand wählen

Der Ausgangshub zwischen zwei Temperaturen ist am größten, wenn der Vorwiderstand gleich dem geometrischen Mittel der NTC-Widerstände bei diesen Temperaturen ist. Für einen Thermistor mit 10 kΩ und β 3950 im Bereich 0 bis 100 °C ist R bei 0 °C 33,6 kΩ und bei 100 °C 698 Ω, der beste Vorwiderstand also etwa 4,84 kΩ; die nächsten Normwerte sind 4,7 kΩ (E24) und 4,87 kΩ (E96).

Ein Vorwiderstand gleich R₂₅, hier 10 kΩ, gibt die steilste Kennlinie bei 25 °C, aber weniger Hub Richtung 100 °C. Nehmen Sie das geometrische Mittel, wenn der ganze Bereich zählt, und R bei der wichtigsten Temperatur, wenn es auf einen Punkt ankommt.

Wie herum

Liegt der NTC an Masse, fällt der Ausgang mit steigender Temperatur; liegt er an der Versorgung, steigt er. Die Auflösung ist in beiden Fällen gleich. Wählen Sie die Lage, bei der ein unterbrochener oder kurzgeschlossener Fühler erkennbar bleibt: Mit dem NTC an Masse zieht ein offener Thermistor den Eingang auf die Versorgung und ein Kurzschluss auf Masse, beides außerhalb des normalen Bereichs.

Auflösung und ADC

Ein ADC-Code ist die Referenzspannung geteilt durch 2^N. Geteilt durch die Steigung ergibt er den Temperaturschritt: 0,022 °C bei 25 °C für das Beispiel an einem 12-Bit-Wandler, an den Bereichsenden, wo die Kurve abflacht, aber gröber. Der Rechner zeigt den gröbsten Punkt. Nutzt der ADC die Teilerversorgung als Referenz, ist die Messung ratiometrisch und Versorgungsschwankungen heben sich auf; lassen Sie die Referenz dafür leer.

Eigenerwärmung

Der Strom durch den Teiler erwärmt den Thermistor. Der Temperaturanstieg ist die Leistung im NTC geteilt durch seine Wärmeableitkonstante, die das Datenblatt in mW/K für ruhende Luft oder für die gemessene Montage angibt. Bei 3,3 V mit 10 kΩ + 10 kΩ setzt der NTC 272 µW um; bei 1,5 mW/K sind das 0,18 K. Ein größerer Vorwiderstand, eine kleinere Versorgung oder ein nur zum Messen versorgter Teiler verringern sie.

Für die Widerstand-Temperatur-Beziehung selbst und Steinhart-Hart-Koeffizienten nutzen Sie den Rechner für NTC-Thermistoren. Der Rechner für ADC-Auflösung deckt andere Sensoren am selben Wandler ab.

Häufige Fragen

Warum den Vorwiderstand nicht sehr klein machen, für mehr Strom?

Mehr Strom bedeutet mehr Eigenerwärmung, und ein kleiner Vorwiderstand schiebt den Hub an ein Ende der Versorgung. Der Hub ist beim geometrischen Mittel am größten; davon abzuweichen kostet Auflösung.

Wie genau ist das Beta-Modell?

In der Nähe von T₀ folgt es einem realen Thermistor gut; je weiter von T₀ entfernt, desto größer die Abweichung, die über 0 bis 100 °C etwa 1 K erreichen kann. Verwenden Sie für die Genauigkeit in der Firmware Steinhart-Hart oder die R-T-Tabelle des Herstellers und diesen Rechner für die Schaltungsauslegung.

Sollte ich einen Kondensator hinzufügen?

Ein Kondensator vom Ausgang nach Masse, nahe am ADC, liefert die Ladung für den Abtastkondensator des ADC und filtert Rauschen. Prüfen Sie das Einschwingen mit dem Rechner für Anti-Aliasing-Filter und setzen Sie den Parallelwiderstand des Teilers als R ein.

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