将定制热敏电阻与温度比特系列结合使用

LTC2983、LTC2984、LTC2986 和 LTC2986-1 温度至位转换器除了内置标准类型外，还允许使用定制传感器。这篇文章重点介绍定制热敏电阻和两种配置转换器的方法。

热敏电阻是基于半导体材料的电阻式温度传感器。它们有两种类型：具有负温度系数 [NTC] 的类型以及具有正温度系数 [PTC] 的类型。虽然RTD中使用的许多金属（包括镍和铂）具有正温度系数，但它们与热敏电阻的不同之处在于其响应的线性度以及在给定温度范围内表现出的电阻范围（由于热敏电阻的对数响应）。

热敏电阻的用户必须在热敏电阻供应商的帮助下根据测量的电阻确定温度。温度比特系列包括许多常见热敏电阻的内置系数，包括常用的 44004/44033 2.252kΩ、44006/44031 10kΩ 和 44008/44032 30kΩ 器件。使用这些标准类型之一是进行热敏电阻温度测量的最简单方法。但是，由于这并不总是可行或期望的，因此还提供了对自定义传感器的支持。

供应商将提供电阻-温度表、斯坦哈特-哈特方程系数或 Beta 值。这里使用的 Beta 是一个在有限范围内近似斯坦哈特-哈特方程的单个数字。由于大多数提供Beta值的供应商也提供覆盖传感器全范围的电阻-温度表，因此我们将重点介绍定制热敏电阻的Steinhart-Hart和表输入方法。

将自定义热敏电阻输入存储器

我们将使用 TestBench GUI 来演示此功能。请注意，如果我们以后需要 C 代码，从 GUI 开始，我们不会搬起石头砸自己的脚——GUI 可以通过生成包括表和系数的 C 代码来提供帮助，同时展示将自定义传感器参数加载到 RAM 中的有效方法。使用 GUI 和演示电路测试新的传感器配置是确保使用自定义传感器的棘手部分正常工作的好方法。

使用自定义电阻传感器的最直接方法是将R-T表输入内存。让我们选择一个随机NTC热敏电阻并开始使用。村田NCP15XM472J03RC 4.7kΩ标称@25°C恰好与Digi-Key上最便宜的热敏电阻并列，而在我们的标准曲线中找不到标称值为4.7kΩ。

单击数据表几乎可以立即显示电阻-温度表：

图1.村田制作所显示R-T表的数据表。

我已经突出显示了我们正在查看的传感器 - 我们有一个很好的温度列和一个匹配的电阻列。这就是我们配置定制热敏电阻所需的所有数据，所以让我们继续为台架测试做好准备。

配置 DC2210、测试台 GUI、自定义传感器并执行台架验证测试

首先，我将进行一些硬件设置，以便在配置自定义传感器时可以立即进行测试。

我正在使用 DC2026C Linduino One 与 DC2209A LTC2983 演示电路接口。最后，为了连接测试电阻，我使用的是DC2210A实验板。为了方便起见，我在实验室的DC2210A上安装了COM和GND之间的跳线以及一些接头。

对于此应用程序，我将选择一个R意义与我预期遇到的最大电阻相同数量级 - 这将为我提供最大的激励电流范围和精度。10kΩ是大多数热敏电阻设计的一个很好的起点。在本例中，我为R选择了精密5kΩ电阻意义，并将其安装在 CH1 和 CH2 之间。我安装了一个2.2kΩ测试电阻来代替热敏电阻，如果定制传感器配置正确，根据数据表，该电阻的读数应在45°C至50°C之间。由于测试电阻介于 CH7 和 CH8 之间，因此我需要在 CH2 上的检测电阻底部和 CH7 上的传感器顶部之间有一个跳线。测试设置如图 2 所示。

图2.用于热敏电阻测试的DC2210A设置（未显示Linduino One）。

现在我们已经完成了硬件设置，让我们看一下 GUI 配置。首先，我们需要在通道2上配置一个5kΩ检测电阻。

图3.检测电阻配置。

接下来，我们将在通道8上配置热敏电阻自定义表。数据表列出了0.31mA的最大激励电流。LTC2983 具有一个 1.25V 的最大差分电压，因此，利用我们 5kΩ 的最大电阻，我们可以使用高达 250μA 的激励电流 — 非常适合低于数据手册的最大值。由于实际选择的传感器是小型器件，因此我们会将其降低到100μA以减少自发热。请注意，自定义传感器不允许使用我最喜欢的激励电流选择自动量程，因此我使用一种电流，该电流在NTC电阻较低的较高温度下将继续正常工作。

现在，我们几乎可以输入自定义数据了。自定义传感器数据可以放置在用户 RAM 中的任何位置，因此我们需要注意重叠。由于这是我的第一个自定义传感器，RAM 是一张白板，我不需要偏移内存中的数据，因此我们将自定义地址保留为 0。我还没有计算我们的数据点，所以我们现在将表长度保留为 0 – 我们必须在关闭对话框之前设置它。

让我们看一下自定义值输入窗口。

图4.自定义值表必须以欧姆为单位，即 K 度。

我马上就注意到输入每个值需要做一些工作，而且数据表的格式并不完全正确 – 数据表的温度以摄氏度和千欧姆为单位，而不是 LTC2983 需要的Ω。我不会在输入它们时尝试逐个修改它们，而是会从电子表格中获得一些帮助。

值得庆幸的是，村田的PDF是文本可复制的，所以稍后我们有一些数据。其他供应商不是那么好，但是使用电子表格方法，您只执行一次数据输入。

接下来，我们将为开尔文温度和欧姆电阻创建新列，这些是简单的公式列（例如“=A2+273.15”“=B2*1000”）。请注意，自定义数据必须以Ω、温度 （K） 为单位，并且必须单调递增（欧姆），我们将按电阻对要递增的工作表进行排序。有关更多信息，请参见 LTC2983 产品手册的第 65 页。

最后，我们将创建一个列，为我们提供一个逗号分隔的值，准备导入到TestBench GUI中 - 同样，这是一个内置的Excel函数（例如“=CONCATENATE（E2，”，“，D2）”）。图 5 中所示的电子表格现已完成。

图5.使用电子表格程序可以让我们准备好将CSV格式的数据导入TestBench GUI。

现在，我们可以简单地将结果表复制粘贴到TestBench GUI中的自定义值窗口中。

图6.格式正确的CSV列直接复制到TestBench GUI中。

点击确定。我们从电子表格中知道我们有 34 行数据或 34 个表条目。由于 GUI 需要 length-1，我们将输入 33 作为表长度，然后点击接受更改。

图7.最终自定义表配置窗口显示用户 RAM 中表数据的长度。

此时，GUI 应显示与我们的测试设置相匹配的接线图。

图8.验证 GUI 中的接线图是及早发现配置问题的好方法。

让我们测试一下！首先，让我们使用顶部的绿色复选标记来验证我们的配置。

图9.TestBench GUI 可以验证配置，包括检查重叠的引线和缺失的 R意义连接。

如果一切顺利，当我们运行评估我们的配置（绿色按钮）时，我们应该看到以摄氏度为单位报告的温度在 46°C 左右（从数据表表中猜测）。

图 10.GUI 显示计算的温度以及测量的电阻，可以快速检查 R意义价值。

成功！图10所示的电阻是正确的，这意味着我们的检测电阻配置是正确的，并且温度在表中的45°C和50°C数据点之间正确插值。

让我们再检查一个值以确保我们的表格正常工作，即330Ω电阻，因为它应该显示110°C。

图 11.第二个电阻值表明我们的表被正确插值。

不错。

热敏电阻定制斯坦哈特-哈特

现在另一个自定义方法 – 斯坦哈特-哈特系数呢？一些供应商提供这些可直接用于我们的方法（例如 Omega），而其他供应商则以略微不同但仍然有效的方式提供它们（例如 Vishay）——我们将看看一个需要一些小操作来了解需要什么。

Vishay NTCLE100E3 系列引线 NTC 热敏电阻是广受欢迎的低成本传感器。让我们来看看25°C时的标称值为10kΩ，其Beta（25/85）为3997K。Vishay 提供了一个系数表，如图 11 所示。

图 12.Vishay在其热敏电阻数据表中使用了略有不同的斯坦哈特-哈特方程形式。

我已经强调了兴趣系数，以及Vishay使用的Steinhart-Hart方程。请注意，Vishay 方程与 LTC2983 预期的方程略有不同。我们可以将 E 和 F 设置为零，因此在 Vishay 数据表中没有它们没有问题。

图 13.LTC2983、LTC2984、LTC2986 和 LTC2986-1 中内置的完整斯坦哈特-哈特方程。

然而，LTC2983 公式使用基于 R 值的系数（Ω），而 Vishay 系数取 R 相对于 R裁判或 R25 – 25°C 时的标称值。 转换涉及一些算术。

首先，我们要去掉对数内的分数。为此，我们可以使用身份。

因此，Vishay 方程变为：

展开多项式项并将系数相乘得到：

维沙伊给了我们一个1， B1， C1， D1和 R25它们是常量，允许我们重新排列上述内容，以便我们有一个 In（R）、（In（R）） 的方程2等，以匹配我们的数据表格式。然后，我们的新系数变为：

 

图 14.使用电子表格在 Vishay 的斯坦哈特-哈特系数形式和我们的形式之间转换系数。

现在我们可以计算我们的新系数并将它们输入到 GUI 中。同样，电子表格有助于维护方程并执行一些基本的测试。

我们将在通道12上设置一个新的定制热敏电阻来测试系数。

图 15.新的自定义传感器配置窗口显示所需的偏移量，以免覆盖现有的表数据。

我们将在通道2上共享与以前相同的检测电阻，但在这种情况下，由于我们已经从位置0开始将表数据存储在用户RAM中，因此我们需要偏移新系数的位置以防止任何重叠。由于表中有 34 个条目从地址 0 开始，因此我们将新系数放在它们之后的位置 34，如图 15 所示。使用 GUI 的验证配置工具，我们可以确认我们没有冲突。

最后，回顾数据表，我们发现了一个R-T表，可以用来验证我们的系数工作 - 例如，1070Ω应该给出85°C - 使用抓包5%电阻设置台架测试，我们可以检查我们的结果。

图 16.两个定制热敏电阻 - 两个有效的温度转换测量电阻。

看起来它正在工作！

结论

在这篇文章中，我们介绍了将自定义热敏电阻数据输入温度到位系列的两种方法。一个值得注意的结果是，电阻-温度表更易于调整和输入，而斯坦哈特-哈特系数使用的内存要少得多，并且由于使用的插值方法，可能会提供更好的结果。

还应该提到的是，拟合方法可用于根据电阻温度表数据计算斯坦哈特-哈特系数。在某些方面，如果在单个系统中使用多种类型的自定义传感器，这将非常有用，因为节省的内存可能很大。

审核编辑：郭婷