[发明专利]用于NTC型热敏电阻的温度与电阻值转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及测温仪器的NTC型热敏电阻技术，特别是用于NTC型热敏电阻的温度与电阻值转换方法。

背景技术

NTC（Negative Temperature Coefficient,负温度系数）型热敏电阻是指其电阻值随温度升高而降低的电阻，由于其对温度敏感、精度较高、价格便宜、使用方便等优点，被广泛的应用于各种测温场合。NTC热敏电阻其电阻值与温度呈非线性对应关系，该特性增加了实际应用中测温的难度。目前解决NTC热敏电阻非线性的方法主要有经验公式法、最小二乘拟合法、硬件电路补偿法、软件查表法等。最小二乘法需要在得到大量的实验数据下进行，工作量较大，占用内存也较大。硬件电路补偿法对电子元器件的要求较高，随着电路复杂度的增加，同时也带来了电路附加误差。软件查表法在实际应用中被广泛采用，但是其对硬件的储存空间要求较大，并且其查询速度相对较慢，如果结合使用插值法则查询速度更慢，大多数厂家提供的对应表只精确到1°，因此其精度也较差。传统的表达电阻值与温度之间关系的公式为指数方程，具体公式如下：

                            （1）

式中：R_T是温度为T（K）时的电阻值，R_T0是温度为T0时的电阻值，B是热敏电阻常数。

但是该指数方程在较宽的温度范围下，引入的非线性误差较大，在未经修正的情况下基本不能直接使用。

另一个被广泛应用于计算NTC热敏电阻的方程是含有3个系数的Steinheart-Hart方程及其扩展方程，具体公式如下：

                         （2）

式中：C₀，C₁，C₂为常数，Rt是温度为T（K）时的电阻值。

该扩展方程相对指数方程误差较小，但是该方程为2阶指数方程比较复杂。因此其参数拟合难度较大，并且工程应用中运算量也比较大。Steinheart-Hart的扩展方程还有3阶和4阶的形式，方程过于复杂，不方便在工程中使用。因此传统的经验公式也较少在实际中应用，为了解决误差和公式复杂度之间的矛盾，有文献提出分断拟合等方法。

上述方法虽然可以用于实现电阻与温度的转换，但是都存在着转换速度慢，或者是误差较高等很多问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出了一种较为简单的用于NTC型热敏电阻的温度与电阻值转换方法，该方法利用了一种新的经验公式，公式中的参数通过拟合方法获得，该方法可以直接在工程中使用，其在较大的温度范围内与实测数据误差较小，同时计算量较小。

本发明的技术方案如下：

用于NTC型热敏电阻的温度与电阻值转换方法，其特征在于：

首先根据热敏电阻厂家提供的温度值与电阻值对应表，利用软件拟合出经验公式中的参数，然后利用经验公式带入温度值或者电阻值，即可以计算出对应的温度值或者电阻值，在工程应用中由计算机编程实现；其中，NTC型热敏电阻的电阻值与温度值之间的关系，由经验公式表达如下：

                              （3）

式中： R是温度为T时的电阻值，T为温度单位K开尔文。

本方法中的经验公式是从传统的指数方程上发展而来，与背景技术中公式（1）的主要区别是T作为分母多加了一个常数项c，且常数a和b不受制于温度与热敏电阻常数的关系，在特定的参数设置下本发明方程可以等同于指数方程。参数a,b,c由经验公式与厂家提供的数据表利用软件拟合得到，没有具体的物理意义。

在实际工程应用中，应事先利用Origin软件拟合厂家数据得到a,b,c，拟合过程中a,b,c的拟合初始值需根据厂家提供的参数进行计算并设置，若随意设置初始值可能造成计算不收敛，即软件不能计算出正确结果。然后把参数代入经验公式3，并对经验公式3进行编程，最后在程序中输入R或者T，即可以输出对应的T或者R。

本发明的优点在于：

相对于传统的利用指数公式进行计算的方法，在更大的温度范围内与实测数据更吻合；

相对于利用高阶公式进行计算的方法，本方法利用的公式更加简洁，拟合参数的计算量和方程的计算量都更少，运算速度更快；