文档介绍：电子体温计的设计与制作
单元电路设计与计算说明
总体方案设计
(1)根据温度范围和精度选择NTC热敏电阻,确定其型号,根据电阻特性设计采集放大电路,利用运算放大器将温度信号转换为电压信号,设计电路时,因为单片机采集电压在0~,所以输入的测量范围为35~42℃,对应输出0~。
(2)采集完成以后输入单片机ATmega16的A/D口,对模拟量进行采样,转化为数字信号,单片机对采集的信号进行处理,根据采集的信号与温度的数学关系,将电信号转化为温度值[2]。
(3)用液晶屏显示出温度值。
(4)所需的电源功率足够小,能够利用开关电源供电。电子体温计系统大多主要使用3V直流电源。总体方案系统设计框图如图1-1所示。
(1)NTC热敏电阻介绍
热敏电阻是利用半导体的阻值随温度变化这一热性而制成的,分为NTC(负温度系数)热敏电阻、PTC(正温度系数)热敏电阻两大类。PTC热敏电阻电阻值随温度的升高而增大,NTC热敏电阻电阻值随温度的升高而降低[5]。
正温度系数热敏电阻其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的增加,温度越高,电阻值越大。
负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小,温度越高,电阻值越小。
NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的NTC是指负温度系数热敏电阻,简称NTC热敏电阻。
NTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的减小
。
NTC热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低[6]。
NTC热敏电阻根据其用途的不同分为:功率型NTC热敏电阻、补偿型NTC热敏电阻、测温型NTC热敏电阻。
NTC热敏电阻的测温范围:低温型号为-100~0℃,中温型号为-50~+300℃,高温型号为+200~+800℃,主要材料为Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Al等,用于温度测量、温度补偿和电流限制等。
图2-8热敏电阻器的电阻—温度特性曲线
热敏电阻的电阻值与温度的关系为[7]:
RT=R0e-B(1/T0-1/T) (2-2)
其中RT—NTC在热力学温度为T时的电阻值
R0—NTC在热力学温度为T0时的电阻值,(25℃)
B—热敏电阻的常数,它代表热敏电阻的灵敏度(对温度的敏感程度),与热敏电阻的制造材料有关。热敏电阻R0与常数B的关系如表所示[8]。
表2-3 热敏电阻R0 与常数B的关系
使用温度范围(℃)
标准电阻值R0
标称常数B
-50~100
6(T0=0℃)
3390
0~150
30(0℃)
3450
50~200
3(100℃)
3894
100~250
(200℃)
4300
150~300
4(200℃)
5133
200~350
8(200℃)
5559
计算端基线性度误差:
(2-3)
式中 D Lmax ——最大非线性偏差;
ymax﹣ymin——输出范围。
图2-9 传感器线性度示意图
a)端基线性度这图要改为你自己的真实的曲线
1-端其拟合直线y =a+K x 2-实际特性曲线
线性化处理
多数传感器的输出信号与被测量之间的关系并非线性误差γ,如图2-10中的曲线1和曲线2。
图2-10 输出信号与被测量之间的非线性关系
1-类似于指数型非线性特性 2-类似于对数型非线性特性 3-线性化后的特性
在非线性情况下,将严重影响测量准确度。因此必须先将实际曲线1或曲线2进行线性化处理,得到曲线3。
线性化处理的方法:
线性化处理可以由硬件实现,但线性化电路往往较复杂,也会增加检测系统的成本。在计算机系统处理能力允许的条件下,可以用软件实现线性化处理。设传感器的静态输入/输出的特性为y=f(x),是非线性的,则可以通过查表法、线性插值法,以及二次抛物线折线法等几种线性化方法,得到线性的结果:y=Kx。
查表法虽然简单,但需逐点测量输入-输出对应数据;采用线性插值法时,划分的段数越多,得到的结果就越精确,但计算所需时间就越长,即仪器稳定时间就越长;二次抛物线折线法的计算就更加复杂。本设计采用对数计算的方法。利用T=3950/(log(RT/RO)+3950/)-