Come funziona il calcolatore di partitore di tensione NTC
Il modo più semplice per leggere un termistore NTC è un partitore di tensione: il termistore e una resistenza serie fissa tra alimentazione e massa, con il punto centrale verso un ingresso dell’ADC. Quando cambia la temperatura cambia la resistenza del termistore, e con essa la tensione al punto centrale.
Il calcolatore ricava la resistenza dell’NTC dal modello Beta, poi la tensione di uscita, la sua pendenza in mV per grado e il passo di temperatura rappresentato da un codice dell’ADC. Lo fa alla tua temperatura di lavoro e su tutto il campo, e propone la resistenza serie che dà la massima escursione di uscita.
Scegliere la resistenza serie
L’escursione di uscita tra due temperature è massima quando la resistenza serie è la media geometrica delle resistenze dell’NTC a quelle temperature. Per un termistore da 10 kΩ e β 3950 usato da 0 a 100 °C, R vale 33,6 kΩ a 0 °C e 698 Ω a 100 °C, quindi la resistenza serie migliore è circa 4,84 kΩ; i valori normalizzati più vicini sono 4,7 kΩ (E24) e 4,87 kΩ (E96).
Una resistenza serie pari a R₂₅, qui 10 kΩ, dà la pendenza maggiore a 25 °C ma meno escursione verso 100 °C. Usa la media geometrica quando conta tutto il campo, e R alla temperatura più importante quando conta un punto.
In quale verso
Con l’NTC a massa l’uscita scende al salire della temperatura; con l’NTC all’alimentazione sale. La risoluzione è la stessa nei due casi. Scegli il verso che lascia riconoscere un sensore interrotto o in cortocircuito: con l’NTC a massa, un termistore aperto porta l’ingresso all’alimentazione e un cortocircuito a massa, entrambi fuori dal campo normale.
Risoluzione e ADC
Un codice dell’ADC è la tensione di riferimento divisa per 2^N. Diviso per la pendenza dà il passo di temperatura: 0,022 °C a 25 °C per l’esempio con un convertitore a 12 bit, ma più grossolano agli estremi del campo, dove la curva si appiattisce. Il calcolatore mostra il punto più grossolano. Se l’ADC usa l’alimentazione del partitore come riferimento, la misura è raziometrica e le variazioni di alimentazione si annullano; in quel caso lascia vuoto il riferimento.
Autoriscaldamento
La corrente nel partitore scalda il termistore. L’aumento di temperatura è la potenza nell’NTC divisa per la sua costante di dissipazione, che la scheda tecnica dà in mW/K in aria calma o per il montaggio di misura. A 3,3 V con 10 kΩ + 10 kΩ l’NTC dissipa 272 µW; con 1,5 mW/K sono 0,18 K. Una resistenza serie più grande, un’alimentazione più bassa o un partitore alimentato solo durante la misura lo riducono.
Per la relazione resistenza–temperatura in sé e i coefficienti di Steinhart-Hart usa il calcolatore per termistori NTC. Il calcolatore di risoluzione dell’ADC copre altri sensori sullo stesso convertitore.
Domande frequenti
Perché non usare una resistenza serie molto piccola per avere più corrente?
Più corrente significa più autoriscaldamento, e una resistenza serie piccola sposta l’escursione verso un estremo dell’alimentazione. L’escursione è massima alla media geometrica; allontanarsene costa risoluzione.
Quanto è accurato il modello Beta?
Vicino a T₀ segue bene un termistore reale; più ci si allontana da T₀, più cresce lo scostamento, che su 0–100 °C può arrivare a circa 1 K. Per l’accuratezza usa nel firmware Steinhart-Hart o la tabella R–T del costruttore, e questo calcolatore per progettare il circuito.
Devo aggiungere un condensatore?
Un condensatore dall’uscita a massa, vicino all’ADC, fornisce la carica al condensatore di campionamento dell’ADC e filtra il rumore. Verifica l’assestamento con il calcolatore di filtro anti-aliasing, usando come R la resistenza in parallelo del partitore.