Нелинейность термистора

Мы научились использовать термистор в делителе напряжения и вычислять сопротивление термистора в данный момент. Следующий шаг — определить температуру, соответствующую этому сопротивлению.

Этот шаг непростой. Термисторы — нелинейные устройства, то есть сопротивление меняется с температурой не по прямой. Поэтому пересчитать сопротивление в температуру с помощью одной линейной формулы нельзя.

Проблема нелинейной кривой

Термистор меняет сопротивление неравномерно при изменении температуры. Зависимость между температурой и сопротивлением описывается кривой.

При низких температурах небольшое изменение температуры даёт большое изменение сопротивления. При высоких температурах то же изменение температуры даёт гораздо меньшее изменение сопротивления. Такое поведение — фундаментальное свойство термисторов.

Из-за этой кривой не существует простого правила вида:

фиксированное число омов соответствует одному градусу

Использование известных опорных точек

Производители термисторов знают об этом поведении и публикуют подробные даташиты. В этих даташитах перечислены значения сопротивления при конкретных температурах.

Каждая запись в даташите представляет собой известную, измеренную точку на кривой термистора. Вместе эти точки описывают, как меняется сопротивление во всём диапазоне температур.

Распространённые подходы на практике

Есть три широко используемых метода для перевода сопротивления термистора в температуру:

Уравнение Бета (метод параметра B):

Этот метод использует одну константу материала, которая называется значением Бета. Значение приводится в даташите термистора. Метод предполагает, что кривую можно приблизить логарифмической зависимостью между сопротивлением и температурой.

Уравнение Стейнхарта — Харта:

Уравнение Стейнхарта — Харта — более точная модель кривой термистора. Вместо одной константы оно использует три коэффициента, которые лучше соответствуют нелинейному поведению.

Эти коэффициенты либо предоставляет производитель, либо получают из данных калибровки. Уравнение Стейнхарта — Харта обеспечивает высокую точность в широком диапазоне температур. Цена — больше вычислений и более сложная реализация.

Таблицы поиска (lookup tables):

Таблица поиска хранит известные пары «температура — сопротивление». Эти значения берутся напрямую из даташита термистора или из калибровочных измерений. Когда измерено сопротивление, его сравнивают с таблицей, чтобы найти ближайшую подходящую температуру. Если сопротивление попадает между двумя записями, для оценки температуры между ними можно использовать интерполяцию.

В следующих главах мы подробно рассмотрим, как использовать уравнение Бета и уравнение Стейнхарта — Харта для определения температуры.

Ссылки

• The B parameter vs. Steinhart-Hart equation (на английском языке)
• Characterising Thermistors – A Quick Primer, Beta Value & Steinhart-Hart Coefficients (на английском языке)