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.