Ардуино и терморезистор: Arduino и термистор

08.07.2023| alexxlab| Нет комментариев

Содержание

Аналоговый датчик температуры Arduino

Описание Подключение аналогового датчика температуры Применение

Аналоговый датчик температуры Arduino

Описание

Аналоговый датчик температуры (рисунок 1), входящий в состав ARDUINO SENSOR KIT, предназначен для определения температуры воздуха окружающей среды. Чувствительный элементом модуля является терморезистор, который меняет свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды. В зависимости от изменения сопротивления датчика меняется и величина сигнала, получаемого на выходе. Цифровой датчик температуры состоит из платы, на которой смонтированы 3 порта подключения к плате Arduino, терморезистор и резистор 10 кОм. Технические характеристики аналогового датчика температуры представлены в таблице.

Рисунок 1 — Аналоговый датчик температуры Arduino.

Таблица – Технические характеристики аналогового датчика температуры.

Параметр	Значение
Номинальное рабочее напряжение	от 3 В до 5 В
Тип сигнала	аналоговый
Диапазон измерения температуры	от -55 °C до +125 °C
Габаритные размеры	30 мм x 15 мм x 5 мм

Следует отметить, что в зависимости от изменения сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC — Negative Temperature Coefficient) и положительным (PTC — Positive Temperature Coefficient) температурным коэффициентом сопротивления. Для PTC-терморезисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление, для NTC-терморезисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления. Это следует учитывать при выборе скетча, используемого для управления работой аналогового датчика температуры. В противном случае показания датчика не будут соответствовать действительному изменению температуры.

Подключение аналогового датчика температуры

Распиновка аналогового датчика температуры представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Распиновка аналогового датчика температуры Arduino.

Для его подключения потребуются:

плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
провода типа «папа-мама»;
аналоговый датчик температуры;
USB кабель для подключения платы Arduino к персональному компьютеру с установленной средой Arduino IDE.

Схема подключения аналогового датчика температуры к плате Arduino представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Подключение аналогового датчика температуры к Arduino UNO.

Схемы подключения аналогового датчика температуры к микроконтроллерам Arduino Uno, Arduino Nano или Arduino Mega принципиально ничем не отличаются.
Подключается аналоговый датчик температуры к Arduino Uno следующим образом:

GND — GND;
VCC — 5V;
In — любой аналоговый порт (на схеме – А0).

Из возможных проблем, отмечаемых пользователями при подключении данного датчика, следует отметить маркировку портов, не всегда соответствующую их действительному назначению (могут не совпадать порты GND и порт для получения данных).
После сборки электрической схемы, необходимо загрузить управляющую программу (скетч) в микроконтроллер. Затем можно открыть монитор порта и понаблюдать за получаемыми датчиком значениями.

Применение

Датчик применяется для контроля температуры воздуха в помещении. Данный датчик может использоваться в системе охлаждения воздуха, домашней сигнальной системе и других проектах. Так же датчик можно использовать для определения температуры поверхностей различных объектов (для это, необходимо механически прижать датчик к поверхности с помощью креплений, через разъемы на плате, а между поверхностью и терморезистором нанести теплопроводящую пасту).

Датчик Arduino Терморезистор Термистор, пробный термометр, Электрические провода Кабель, кабель, Arduino png

Электрические провода Кабель,
кабель,
Arduino,
провод,
to92,
термистор,
температура,
датчик De Humedad,
датчик,
термометр сопротивления,
термометр,
терморезистор,
фоторезистор,
аппаратное обеспечение,
электроника Аксессуар,
электрический кабель,
система управления,
схема подключения,
png,
прозрачный,
бесплатная загрузка

Об этом PNG

Размер изображения: 500x500px
Размер файла: 167. 72KB
MIME тип: Image/png

Скачать PNG ( 167.72KB )

изменить размер PNG

ширина(px)

высота(px)

Лицензия

Некоммерческое использование, DMCA Contact Us

Датчик Электропроводка и температура кабеля 1-Wire Arduino, пробный термометр, электроника, электричество Провода Кабель, кабель png 512x512px 160.92KB
Электрический кабель Электричество Электрические провода и кабели Электротехника, розетка, Разное, электроника, электрические провода Провода png 1500x1197px 1.41MB
Электричество Электропроводка и кабель Электрокабель Электротехника, прочее, электроника, электрические провода Провода, аксессуары png 1000x650px 355.
77KB
Сервомотор Электродвигатель Сервомеханизм Ардуино, серво, угол, электрический провод, кабель png 600x600px 148.97KB
Электрические провода и кабели Электрические кабели Электричество Электронная схема, ELECTRICO, электрический провод, кабель, другие png 565x535px 211.85KB
Разноцветная проволока с покрытием, Электрический кабель Электрические провода и кабели Электрическая схема Электричество, провода, Разное, электроника, электрические провода Провода png 1000x513px 387.62KB
Lm35 Транзистор, Датчик, Температура, Arduino, Интегральные микросхемы, Электроника, Термистор, Разность электрических потенциалов, тщательность и точность, аналоговый сигнал, Arduino png 916x1000px 99KB

org/ImageObject»> Перемычка Перемычка Электрические провода и кабели Электрический разъем, Штекерный провод, электроника, электричество Провода Кабель, кабель png 800x600px 183.26KB
Электрический кабель Электрические провода и кабели Схема подключения Электроника, провода и кабели, Разное, электроника, электрические провода Провода png 800x765px 660.86KB
Световой резистор Датчик детектора, свет, электроника, мебель, оранжевый png 512x512px 74.35KB

Электронный компонент Джойстик Потенциометр Резистор Электроника, джойстик, шаблон, электроника, электричество png 1000x750px 755.05KB
Резистор светового датчика, лазер, угол, оранжевый, пассивный инфракрасный датчик png 600x500px 21. 71KB
Электрические выключатели освещения Схема подключения Реле с фиксацией выключено, Электрические провода Кабель, свет, электричество png 550x800px 219.62KB
Электродвигатель Y-Δ transform Схема подключения Трехфазный электрический стартер, прочее, электроника, электрические провода Провода, другие png 600x581px 335.3KB

Автоматический выключатель Электрощиты Электрические выключатели Электричество Электрические провода и кабели, тушение, Разное, электрические провода, кабель png 1200x1241px 1.09MB
Принципиальная электрическая схема Arduino Uno Принципиальная электрическая схема, fanuc, угол, электроника, текст png 1047x627px 83. 56KB
пучок разных цветовых кабелей, Сетевые кабели Электрические провода и кабели Электрические кабели, провода, компьютерная сеть, электрические провода Кабель, компьютер png 1300x891px 739.01KB
Провод Электрический кабель Принципиальная схема Схема подключения Наушники, провод, электроника, электричество Провода Кабель, кабель png 1818x666px 285.94KB
Зарядное устройство USB-C Электрический кабель Lightning, кабель, электроника, электрические провода провод, кабель png 876x876px 313.55KB
Американский проволочный калибр Провод спикера Электрические провода и кабели, медный провод, электроника, электрические провода, кабель png 1600x900px 842. 05KB
иллюстрация колючей проволоки, колючей проволоки Электрические провода и кабель Колючая лента, колючая проволока, Разное, угол, наружная Структура png 3000x3000px 1.76MB

Электрический кабель Американский проводной датчик Электрические провода и кабели Электрический проводник, датчик, Разное, электрический провод, кабель png 1600x900px 696.32KB
Электрический кабель Электрические провода и кабели Макет Перемычка, провода, Разное, электроника, электричество Провода Кабель png 4088x4088px 4.65MB
Jump wire Jumper Breadboard Электрический кабель, провода, электроника, электрические Провода Кабель, кабель png 800x800px 76. 89KB
Электрические провода и кабель Свеча зажигания Электрический кабель Схема подключения, запчасти для автомобилей, Разное, электроника, электрические провода Провода png 1400x1400px 373.8KB
Электрические провода и кабель Электрический кабель Litze Медный провод, провод, Разное, электроника, электрические провода png 1560x1451px 536.94KB
Электрический кабель Электрические провода и кабели Схема подключения Электричество, другие, Разное, Провода электрические Кабель, Прочие png 1200x1200px 340.52KB
разноцветная проволока с покрытием, Электрический кабель Электрические провода и кабели Силовой кабель Электрик, электрический, Разное, электрические провода, кабель png 501x525px 137. 52KB
Электрический кабель Электрические провода и кабели Сигнал Автоматический выключатель, провода, Разное, электроника, электрические провода Провода png 536x500px 216.51KB
Схема подключения Honda Wave серии Электрические провода и кабели Honda Wave 110i, Honda 70, угол, электрические провода, кабель png 4417x3009px 300.3KB
Электрокабель Электропроводка Кабель и кабельное телевидение Электричество, профильная компания, Электрические провода Кабель, кабель, бизнес png 600x594px 547.54KB
Электрические провода и кабели Электрические кабели Электричество Электроника, электрические кабели, оранжевый, электрические провода, кабель png 600x480px 338. 52KB
Автоматический выключатель Контактор Электрическая схема Электрические провода и кабели Электрические выключатели, электронная схема, Разное, Провода электрические Кабель, Прочее png 870x1046px 1.05MB
Автомобильные электрические провода и кабели Схема электрических соединений Свеча зажигания автомобиля, Электрические провода Кабель, автомобиль, кабель png 720x520px 316.38KB
Утилита Post Art, Электрические провода и кабели Электричество, угол, электрические Провода Кабель, слова Фразы png 853x1280px 575.89KB
Терморезистивный датчик Heißleiter Sonde de temperature Термопара, Tt Electronics, электроника, другие, столовые приборы png 531x531px 115. 39KB
Медный проводник Электрический кабель Электрические провода и кабель, бесплатный медный материал, бесплатно шаблон дизайна логотипа, электрический провод, кабель png 1181x1181px 868.18KB
Arduino Uno ATmega328 Одноплатный микроконтроллер, Arduino Uno, электроника, печатная плата, пассивный инфракрасный датчик png 793x489px 420.76KB
Сетевые кабели Провод громкоговорителей Американский калибр проводов Электрические провода и кабели, стерео коаксиальный кабель, Электрические провода Кабель, другие, кабель png 900x900px 480.65KB
Датчик влажности почвы Arduino Electronics Электронный компонент, разбрасывание почвы, электроника, печатная плата, аналоговый сигнал png 816x641px 151. 55KB
Микроконтроллер Датчик пламени Инфракрасный, пламя, электроника, данные, электронное устройство png 750x500px 260.01KB
Электрический кабель Электрические провода и кабели Электричество Электротехника электрическая, Разное, электрические провода, кабель png 2094x1113px 1.83MB
Компьютерная мышь Электрические провода и кабели, компьютерная мышь, электроника, электрические Провода Кабель, компьютер png 2400x825px 118.86KB
Штепсельные вилки и розетки для сети переменного тока Электрические выключатели Схема подключения Электрические провода и кабель Реле с фиксацией, розетка, Разное, электроника, электрические провода Провода png 566x566px 204. 36KB
Датчик ввода / вывода Arduino Микроконтроллер Raspberry Pi, программист, разное, электроника, другие png 2362x1716px 873.58KB
Датчик кислорода в автомобиле Схема подключения Robert Bosch GmbH, запчасти для автомобилей, Электрические провода Кабель, кабель, транспорт png 1400x1400px 246.31KB
Сетевые кабели Оптоволоконный кабель Оптика, Интернет-кабель, компьютерная сеть, кабель, провод png 1748x1036px 1.01MB
Зарядное устройство Автомобильный аккумулятор Автомобильный микро аккумулятор, автомобильный аккумулятор, автомобиль, автозапчасти, силовые преобразователи png 1620x1080px 2.15MB
org/ImageObject»> Электрический забор Электричество Провод Электродвигатель, Забор, угол, электроника, электрические Провода Кабель png 1570x1200px 610.83KB
Разъем BNC Кабельное телевидение Коаксиальный кабель Беспроводная камера видеонаблюдения Электрический кабель, видеонаблюдение, электроника, электрические провода провод, кабель png 1500x1044px 1.8MB

Термистор Arduino

: теория, калибровка и эксперимент — Портал производителя

Индекс сообщений блога

Введение в статью
Список деталей для экспериментальной части
Аппроксимация термисторов по методу Стейнхарта-Харта
Измерение сопротивления с помощью делителя напряжения
Выбор резистора для оптимального диапазона термистора
Эксперимент с термистором на Arduino
Сравнение DHT22 и термистора
Заключение

PCBGOGO — Производитель Спонсор этого проекта

Термистор, название которого образовано от комбинации therm al и res istor , представляет собой датчик температуры, который регистрирует изменения внутреннего сопротивления в зависимости от температуры. Термисторы часто выбирают вместо термопар, потому что они более точны, имеют более короткое время отклика и, как правило, дешевле. Для большинства приложений термисторы являются разумным и простым выбором для измерения температуры ниже 300 градусов Цельсия [подробнее о разнице между термистором и термопарой здесь ]. В нашем случае мы будем использовать термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), сопротивление которого уменьшается с повышением температуры. Термисторы NTC чаще всего используются в коммерческих продуктах, работающих при температурах в десятки градусов, таких как термостаты, тостеры и даже 3D-принтеры. Будет использоваться термистор NTC 3950 100k, рассчитанный на сопротивление 100kOhm при 25 градусах Цельсия. В этом учебном пособии будут представлены методы связи сопротивления с температурой путем подгонки данных заводской калибровки. Производительность термистора также будет оцениваться с использованием платы Arduino и простого эксперимента по закону охлаждения Ньютона.

Увеличенная фотография термистора NTC 3950 100k. Дизайн стеклянных шариков можно увидеть на конце оголенного двойного провода.

Список деталей для экспериментальной секции

Я буду использовать термистор NTC 3950 100k, как упоминалось выше, и он будет основным компонентом, используемым в этом руководстве. Кроме того, потребуется плата Arduino вместе с датчиком температуры DHT22, если пользователь планирует полностью следовать этому эксперименту. Я добавил список деталей ниже с партнерской ссылкой от amazon:

Термистор NTC 3950 100k — 8,99 долл. США (5 шт.) [Amazon]
Arduino Uno — 11,86 долл. США [Amazon]
Датчик температуры DHT22 — 4 долл. США 0,99 [Amazon]
Резисторы 220k и 10k — 10,86$ ( 525 шт. ) [Amazon]
Макетная плата — 7,86 долл. США (6 шт.) [Amazon]
Конденсатор 10 мкФ — 17,99 долл. США (500 шт.) [Amazon]
Проволочные перемычки — 5,99 долл. США (120 шт.) [Amazon]

Аппроксимация Стейнхарта–Харта для термисторов

Термисторы можно аппроксимировать, приняв функцию третьего порядка, называемую Steinhart-H. художественное приближение [источник по калибровке термистора] :

где Т — температура, рассчитанная по изменению сопротивления термистора, Р . Коэффициенты С ₀ , С ₁ и С ₂ необходимо найти методом нелинейной регрессии. Уравнение Стейнхарта-Харта часто упрощают и переписывают как экспоненту первого порядка:

Теперь мы видим примерный способ соотнесения Т к сопротивлению, Р . Коэффициенты а, б, в можно найти с помощью метода наименьших квадратов по данным заводской калибровки, которые можно получить у производителя. Для моего термистора я нашел заводские таблицы, которые позволили мне подобрать данные, используя приведенное выше уравнение [пример таблицы данных с таблицей].

Используя Python, я смог загрузить одну из таблиц для моего термистора и подогнать данные к экспоненциальной кривой, используя приведенную выше функцию и набор инструментов scipy «curve_fit». Полученное соотношение и коэффициенты показаны ниже:

Рис. 1: Заводская калибровка соотношения температуры и сопротивления для показаний термистора.

Теперь, когда у нас есть связь между сопротивлением провода термистора и измеренной температурой, нам нужно понять, как мы можем преобразовать сопротивление в осмысленную величину, которую мы можем измерить с помощью аналого-цифрового преобразователя, а именно, нам нужно преобразовать сопротивление в напряжение. И это объясняется в следующем разделе.

Измерение сопротивления с помощью делителя напряжения

Arduino имеет 10-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который измеряет значения напряжения. Поскольку наш термистор выдает сопротивление, нам нужно построить зависимость между нашим сопротивлением и напряжением, чтобы связать изменение сопротивления с напряжением. Мы можем сделать это с помощью простого делителя напряжения:

Рис. 2: Схема делителя напряжения для измерения напряжения вместо сопротивления термистора.

Для Arduino мы будем использовать 3,3 В в качестве нашего V ₀ для снижения помех при измерениях термистора. Используя законы Кирхгофа, чтобы вывести соотношение между нашим входным напряжением и двумя сопротивлениями, используя следующее соотношение:

, которые мы можем переписать через сопротивление и ток общей петли:

Наконец, мы можем переписать наш ток как функцию двух сопротивлений контура:

Объединив последние два уравнения, мы можем получить представление для напряжения на втором резисторе (наш термистор):

, которое мы можем решить для В ₂ , это напряжение, которое будет считывать Arduino:

а если чуть чуть:

И, наконец, классическое уравнение делителя напряжения:

Уравнение делителя напряжения чрезвычайно важно для определения сопротивления термистора, R ₂ , к напряжению, считываемому Arduino. Но прежде чем мы прочитаем R ₂ , мы должны сначала решить, какие R ₁ мы хотим выбрать для схемы делителя напряжения. А так как мы уже знаем В ₀ = 3,3В, то последним неизвестным является резистор делителя.

Выбор резистора для оптимального диапазона термистора

Это может быть неочевидно, но правильный выбор R ₁ имеет решающее значение. Для этого требуется знание взаимосвязи между сопротивлением термистора и измеряемой температурой. Мы можем начать с переписывания уравнения делителя напряжения:

и если мы решим для R ₁ :

Мы, конечно, можем переписать R ₂ с точки зрения подходящих параметров и температуры:

И если мы предполагаем диапазон температур, мы можем взять середину диапазона температур и поставить V ₂ в середине, гарантируя, что наше значение R ₁ точно поместит середину температурного диапазона в середину диапазона напряжений Arduino. После того, как резистор будет рассчитан из желаемого диапазона температур, мы можем использовать следующее уравнение для прогнозирования напряжения Arduino в зависимости от температуры:

Теперь мы можем использовать параметры подгонки из уравнения термистора, полученного на заводе, и построить график, демонстрирующий реакцию напряжения на изменения температуры и сопротивление делителя напряжения, Р ₁ . Используя В ₀ = 3,3 В, график будет выглядеть следующим образом:

Рис. 3: Кривые отклика сопротивления делителя напряжения . Реакция напряжения термистора изменяется в зависимости от выбранного резистора делителя напряжения. Обязательно выберите резистор рядом с резистором выше для вашего конкретного желаемого диапазона температур.

Полная реализация алгоритмов и рисунков 1 и 3 реализована ниже в Python 3.6.

Эксперимент с термистором с Arduino

Теперь, когда у нас есть зависимость между напряжением, считываемым Arduino, и температурой, измеренной термистором, и мы выбрали резистор делителя напряжения, теперь мы можем проверить, работает ли система и работает ли она. наш алгоритм правильный! Правильный прогноз температуры по известным параметрам выше выглядит следующим образом:

Мы используем a, b, c из нашей подгонки выше для таблицы данных термистора. Мы также выбрали R ₁ на основе желаемого диапазона температур, а V ₀ устанавливается с помощью Arduino. Наконец, мы можем ввести V ₂ в уравнение как переменную, которая считывается с одного из аналоговых выводов. Но прежде чем мы реализуем приведенное выше уравнение, давайте сначала подключим Arduino и термистор в сценарии с делителем напряжения:

Рисунок 4: Arduino + Термисторная схема делителя напряжения. Также обратите внимание на внешнее опорное напряжение 3,3 В — мы выбираем 3,3 В, потому что схема делителя напряжения, скорее всего, никогда не достигнет более высоких напряжений из-за интересующего нас рабочего диапазона. Выбор 3,3 В также приводит к снижению шума для АЦП. Я также подключил конденсатор емкостью 10 мкФ к контактам 3,3 В и GND, чтобы также снизить уровень шума.

Можно сделать несколько замечаний относительно приведенной выше схемы подключения. Во-первых, между контактами 3,3 В и GND помещается конденсатор емкостью 10 мкФ. Кроме того, важно отметить, что мы будем использовать внешнее опорное напряжение с помощью контакта 3,3 В. И причина двоякая: ожидаемое напряжение от термистора будет в диапазоне 1,5 В, а во-вторых, вывод 3,3 В имеет меньше шума, поэтому наши показания напряжения будут более стабильными, что приведет к более стабильным показаниям температуры (подробнее о опорное напряжение здесь). Код Arduino для измерения температуры с использованием наших выводов выше и проводки на рисунке 4 приведен ниже:

Приведенный выше код усредняет 10 показаний температуры для более стабильного вывода и дает показания примерно каждые 500 мс как в градусах Цельсия, так и в градусах Фаренгейта. Параметры должны быть обновлены для пользовательского термистора, а среднее значение также может быть скорректировано в зависимости от желаемой пользователем стабильности.

Конденсатор дает сглаженную температурную характеристику

Рисунок 5: Эффект сглаживания конденсатора на АЦП для показаний термистора.

В следующем разделе я сравниваю наш термистор с датчиком температуры и влажности DHT22.

Сравнение между DHT22 и термистором

В качестве простого теста я решил подключить датчик температуры и влажности DHT22, чтобы увидеть, насколько точно уравнение термистора аппроксимирует температуру на основе его сопротивления. DHT22 — это классический датчик Arduino, поэтому я ожидал, что они будут довольно близки при сравнении при комнатной температуре. Я также хотел увидеть их реакцию на повышение температуры окружающей среды и посмотреть реакцию во времени, чтобы понять, как датчики работают в сценариях с активно меняющейся температурой.

Схема подключения термистора и датчика DHT22 показана ниже.

Рис. 6: Подключение для сравнения между датчиком DHT22 и термистором.

Код Arduino для сравнения DHT22 и термистора также приведен ниже. Он использует библиотеку «SimpleDHT», которую можно установить через диспетчер библиотек.

Приведенный выше код вычисляет обе температуры и выводит их на последовательный монитор каждые 0,5 секунды. Он также усредняет каждые 10 показаний термистора. Код также выводит разницу между двумя методами датчика температуры. Ниже я нанес на график разницу температур, чтобы показать среднее отклонение между термистором и DHT22.

Разница между показаниями температуры термистора DHT22 и NTC

В среднем и в зависимости от фактической температуры разница может составлять 0,05 C — 1,5 C. И этот диапазон, вероятно, связан с несколькими вещами: АЦП на Arduino несколько шумит, даже с конденсатором и внешним опорным напряжением 3,3 В. — не говоря уже о том, что он всего 10-битный; уравнение термистора также содержит некоторую погрешность, поэтому для очень точных показаний интерполяция температуры за температурой будет наиболее точным способом обеспечения качественных результатов; и, наконец, DHT22 дополнительно несет с собой ошибку 0,5 C, поэтому мы можем ожидать, что ошибки между ними будут достигать 2 C. Таким образом, тот факт, что мы видим разницу между ними всего в 0,5 C, не так уж и плох!

Чтобы сравнить возможности двух датчиков, на графике ниже показана мощность термистора и слабость DHT22:

Разница между DHT22 и термистором во время горячего порыва

На приведенном выше графике легко увидеть мощность термистора и его способность справляться с быстро меняющимися сценариями. DHT22 рассчитан только на частоту обновления 0,5 с и на самом деле может обрабатывать только температуру окружающей среды, а не большие всплески тепла или холода. График ниже действительно иллюстрирует недостатки способности DHT22 справляться с резкими перепадами температуры. Термисторы довольно быстро реагируют на температуру, в то время как DHT22 снимает несколько показаний. DHT22 также требует некоторого времени для восстановления после периода нагрева, в первую очередь из-за его корпуса и медленного отклика компонентов.

Термистор и тепловые характеристики DHT22

Термистор является явным победителем, когда колебания температуры имеют большое значение для измерений. Вот почему их часто используют в экспериментах, где температура колеблется быстро и необходимы точные измерения.

Заключение

Рис. 7: Термистор со стеклянными шариками рядом с датчиком температуры DHT22.

В этой статье я рассказал о термисторах и о том, как реализовать их в Arduino, подгоняя данные заводской калибровки для получения точных коэффициентов для определения температуры по сопротивлению. Я также обсудил, как использовать делитель напряжения для измерения напряжения как функции сопротивления, выдаваемого термистором. И, наконец, я использовал датчик температуры DHT22, чтобы сравнить точность и преимущества использования термистора.

Термисторы используются в самых разных областях благодаря их точности, высокой чувствительности в быстро меняющихся условиях, а также недорогому и простому в использовании аппаратному обеспечению. Одной из трудностей при использовании термисторов является их нелинейный отклик, однако с качественной калибровкой и кривыми отклика нелинейные эффекты можно устранить. Есть много других экспериментов, которые можно провести с термисторами для анализа их временных характеристик, снижения нелинейных помех и исследования эффектов самонагрева. Этот проект должен был представить термисторы и их теорию, а также улучшить понимание того, почему они являются отличным выбором по сравнению с другими методами измерения температуры.

Спасибо PCBGOGO за помощь в прототипировании печатных плат и за поддержку меня в этом проекте.

Если вам понравился эксперимент, поделитесь проектом и перейдите на сайт pcbgogo. com, чтобы приобрести нестандартную печатную плату для своих собственных проектов в области электроники.

См. больше в разделе Arduino и датчики:

Arduino, анализ данных, инженерия, программирование, PythonJoshua Hrisko 15 января 2019 г. Seinhart-Hart, Термистор, NTC, NTC 3950, NTC 3950 100k, NTC 100k, Термистор Arduino, Уравнение термистора, Arduino Fit, Кривая Arduino, Подгонка термистора , Данные термистора, Термистор DHT22, DHT22, Arduino DHT22, Датчик Arduino, Датчик, Напряжение, Делитель напряжения, Сопротивление, Резистор, Python, Подгонка Python, Подгонка кривой Python, Python Scipy, Эксперимент с термистором, Проект термистора, Эксперимент Arduino, Проект Arduino, КонденсаторКомментарий

0 лайков

Расчет температуры с помощью Arduino Nano или Arduino Uno и схемы термистора NTC, часть 1 — датчики North Star

02 декабря 2019 г. in Учебник, Учебник

Введение в термисторы NTC и считывание температуры

Термисторы NTC часто являются лучшим решением для измерения температуры в диапазоне от -40 °C до 100 °C благодаря их чрезвычайной чувствительности, доступности и возможности надежного изготовления в очень малых размерах. Однако термистор NTC напрямую не обеспечивает показания температуры в цифровом формате, который может быть непосредственно использован другими устройствами. Термистор NTC изменяет сопротивление в зависимости от температуры и имеет отрицательный температурный коэффициент (NTC), что означает, что при нагревании датчика его сопротивление снижается, а при охлаждении датчика его сопротивление увеличивается. Чтобы преобразовать это показание сопротивления в цифровое показание температуры, необходимо использовать аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В этом уроке мы обсудим схему, которую будем использовать, а в следующем выпуске этого блога мы обсудим код, используемый для ее запуска. 10 = 1024 различных показания, разбросанных по заданному диапазону напряжения. В этом учебном пособии мы начнем с простого примера и попытаемся обеспечить точность всей измерительной системы ±1 °C в диапазоне от 0 °C до 70 °C. 10-битный АЦП имеет разрешение для выполнения этой задачи.

Рис. 1. Макетная схема термистора с использованием Arduino Nano, снимок экрана сделан с использованием Fritzing

Arduino Nano / Arduino Uno Термисторная измерительная схема

Как видно из рисунка 1 выше, единственными дополнительными компонентами, которые нам нужны, являются термистор, резистор и конденсатор. Мы будем использовать термистор 10 кОм, кривая 44, термистор с точностью ±0,5 °C, резистор 10 кОм с точностью 1% и керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ (100 нФ). Эти компоненты при использовании с фильтром калибровки показаний сопротивления в коде, откалиброванном для этой цепи, обеспечивают точность измерения ±1 °C. (Подробнее о калибровочном фильтре в следующем выпуске этого блога.) Мы могли бы использовать более точный термистор и более точный резистор, но, поскольку для нашего приложения требуется точность только ±1 °C, это приведет к ненужным затратам. Вот более подробное объяснение схемы:

Рис. 2. Схема термистора с использованием Arduino Nano/Uno, скриншот получен из Kicad

Делитель напряжения используется с резистором (R1) и термистором (Th2). Сторона делителя напряжения, соединенная с землей, выбрана в качестве термистора, так как термистор часто более подвержен потенциальным коротким замыканиям, а, по крайней мере, потенциальные короткие замыкания защищены сопротивлением верхней части делителя напряжения. Показания АЦП снимаются с середины делителя. На входе АЦП имеется конденсатор емкостью 0,1 мкФ (C1), развязанный с землей, что помогает сгладить входной шум и обеспечивает стабильные показания без необходимости передискретизации показаний АЦП.
Контакт A1 выбран в качестве цифрового выхода или простого источника напряжения включения/выключения для подачи тока в цепь термистора. Мы будем замерять показания термистора только примерно раз в секунду, поэтому нет необходимости в постоянном протекании тока через термистор, что способствует ненужному самонагреву термистора и слегка изменяет точность показаний. В большинстве случаев этот эффект незначителен, но весьма заметен для крошечных термисторов. Для нашего приложения мы включим схему на 100 миллисекунд, чтобы позволить конденсатору стабилизироваться, запишем наши показания АЦП, а затем выключим схему на 9 миллисекунд.00 миллисекунд, чтобы свести к минимуму любой потенциальный самонагрев.

Требуемая точность / сумма допусков

Мы хотим, чтобы наша схема имела точность ±1 °C, поэтому мы должны просуммировать все наши допуски и убедиться, что они находятся в нужном нам диапазоне. По мере повышения температуры термистора NTC не только снижается его сопротивление, но и значение отрицательного температурного коэффициента (NTC) становится немного менее выраженным. Например, термистор с кривой 44 имеет значение NTC -4,4 %/°C при 25 °C и значение NTC -3,4 %/°C при 70 °C. Поскольку мы хотели бы, чтобы наша точность считывания температуры составляла ±1 °C до 70 °C, наше ограничение на общую системную точность считывания сопротивления и преобразования в температуру будет составлять ±3,4 %.

Использование термистора ±0,5 °C, рассчитанного на 70 °C, может привести к ошибке ±3,4% / 2 = ±1,7%.
Использование резистора 10 кОм ±1% в делителе напряжения добавляет погрешность ±1%.

Это оставляет нас с ±(3,4% — 1,7% — 1%) = ±0,7% остаточной допустимой погрешности для ошибки измерения АЦП или любых других ошибок, таких как сдвиг ±1% резистора 10 кОм, если этот резистор нагревается или охлаждается вниз. Например, стандартный резистор ± 1% 10 кОм, вероятно, может иметь температурный коэффициент ± 100 ppm / ° C, что в диапазоне ± 20 ° C составляет погрешность ± 0,2% для резистора, поэтому мы остаемся с ± (0,7 % — 0,2%) = погрешность измерения ±0,5%.

"ДИС-Протект"