電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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NTC熱敏電阻是一種電阻式傳感器，具有電阻溫度系數大、型小體輕、熱慣性小、穩定可靠、價格便宜、結構簡單等特點，使它廣泛使用于家庭空調、汽車空調、冷柜、冰箱等需要溫度測量和控制的場合。但NTC熱敏電阻是非線性元件，且本身具有自熱效應，需要設計測溫系統克服這兩方面的缺陷。常用于處理NTC熱敏電阻非線性的辦法有經驗公式法、最小二乘擬合法、硬件電路補償法和恒源法結合軟件查表法.經驗公式法計算較為復雜，在較寬溫度范圍內精度不夠高。最小二乘法需要在得到大量的試驗數據下進行，工作量較大，占用內存也較大。硬件電路補償法對電子元器件的要求較高，隨著電路的復雜度的增加，同時也帶來了電路附加誤差。恒源法結合軟件查表法需要占用較大存儲空間。針對以上辦法的不足，提出了一種三階對數公式分段曲線擬合法，由于用于船用柴油機，不僅要測量溫度，還有機油壓力等需要測量，因此采用的是壓力溫度合二為一的傳感器小論文，測量溫度使用的是NTC熱敏電阻，硬件部分對NTC熱敏電阻共地和不共地以及分檔探測進行了探討，軟件部分對NTC熱敏電阻進行對數分段曲線擬合以及采用滑動濾波的算法減小A/D采樣引起的誤差。
NTC熱敏電阻基本的R-T特性可用指數函數式表示：
（1）
式中R為絕對溫度為T時的零功率電阻值（）。零功率電阻值指在規定的溫度時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的值［3］；R0為絕對溫度為T0時的零功率電阻值（）。B為與熱敏電阻材料、結構有關的敏感度系數，是以零功率電阻對時間的變化大小來表示的，它是由電阻-溫度特性上任兩點溫度，求出的系數，不同的兩點求出的B值是不同的，因此不能依據廠家給出的B值參考范圍去測量溫度，會帶來較大的誤差。
圖1為本文采用的NTC熱敏電阻在0℃~120℃之間電阻R與攝氏溫度T的關系曲線。
圖1NTC熱敏電阻電阻-溫度特性圖
由圖1可以看出NTC熱敏電阻值與溫度之間存在著嚴重的非線性，通常對于非線性的曲線擬合解決都是在公式（1）的基礎上進行的，可對公式（1）進行對數變換，使得溫度T和電阻R的自然對數近似呈線性關系小論文，并在此基礎上進行多項式展開和分段曲線擬合。
對等式（1）兩邊同時取自然對數，進行運算后可得下式：
但文中所有的數據計算均采用微解決器實現，涉及自然對數和平方、三次方等的運算，綜合考慮精度和實時性的要求，去掉平方項，得式（7）。經試驗驗證，能達到精度要求，又提高了程序的運行速度。由圖1可看出NTC熱敏電阻在40℃、80℃處的溫度-電阻變化較大，若在整個區間范圍內都采用同一個多項式進行擬合，則誤差較大。采用對數分段曲線擬合，又考慮到微解決器解決數據時各區間并不是相互無關小論文，而是相互有疊加，所以分成［0℃，40℃］，［30℃，80℃］，［70℃，120℃］3個區間。
y=H0+H1x+H3x3（7）
因此需要在這3個區間內求解3組不同的系數H0、H1、H3。依據熱敏電阻廠家提供的溫度-電阻值表，選取其中的3個點，可采用一般多項式法、最小二乘法和切比雪夫多項式法［6］對三個系數進行計算，但在本文中該三種辦法的準確度相差不大。因此采用算法最簡單的一般多項式法進行計算，可得以下三個擬合方程：
由此，實際使用可依據以上三個方程進行軟硬件的設計。
采用的NTC熱敏電阻將測量水溫柔油溫的NTC熱敏電阻組裝在了一起，測量油溫的NTC熱敏電阻本身有一端是接地的，測量水溫的NTC熱敏電阻兩端均不接地。因此硬件測量電路中非得考慮NTC熱敏電阻的共地與不共地問題。NTC熱敏電阻隨著溫度的升高而阻值變小，0℃時阻值為5895，120℃時阻值為112.7。考慮到熱敏電阻的自熱效應小論文，流過NTC熱敏電阻的電流不得超過1，選定為0.5，采用恒流源為熱敏電阻提供0.5的電流。在0℃時NTC熱敏電阻兩端的電壓約莫為3V，在120℃時NTC熱敏電阻兩端的電壓約為0.05V，0.05V的信號太小，單片機的A/D口進行采樣后得到的信號非常弱，非得對NTC熱敏電阻信號進行分檔倍乘后采集，硬件測量電路框圖如圖2所示。
圖2熱敏電阻硬件測量電路
由圖1可知熱敏電阻共地和不共地的電路接法。分為1倍、5倍、10倍三檔，1倍檔對應于［0℃，40℃］溫度區間，它對應的A/D口電壓范圍為0.5V~3V，若A/D口電壓低于0.5V小論文，則采用5倍檔進行測量；5倍檔對應于［30℃，80℃］溫度區間，它對應的A/D口電壓范圍為0.1V~0.9V，若A/D口電壓低于0.1V，則采用10倍檔進行測量；10倍檔對應于［70℃，120℃］溫度區間。采用4通道數字控制模擬開關CD4052對倍乘檔進行選擇。該熱敏電阻用于測量船用柴油機的水溫柔油溫，水油溫高于97℃時進行報警。
3.1A/D采樣的滑動濾波算法
A/D口在對溫度數據進行采集時會萌生誤差，采用滑動濾波算法減小該誤差。如圖3所示為滑動濾波算法框圖。
圖3滑動濾波算法框圖
如圖3所示，將采集的溫度數據放到一個隊列中，在剛開始進行采集溫度數據時，為戒備干擾，連續采集16次后再對此16個數據求和并求均勻，即將和右移4位。此后小論文，取8位求和并取均勻，即將和右移3位，采樣一次做一次均勻，均勻后的數據準確度更高。
3.2R-T轉換的程序實現
硬件電路把電阻的變化轉化為了電壓的變化，并對電壓進行分檔采集。要測量出溫度值，需要依賴程序來實現。如圖4所示為水溫的R-T轉換的程序流程圖，油溫的R-T轉換類似，將不再敘述。對采集的溫度數據即已轉換為電壓的數據進行判斷，如果電壓在［0.5V，3V］范圍
內，則電壓處于1倍檔，溫度值處于［0℃，40℃］溫度區間內小論文，因此采用公式（8）進行計算；如果電壓在［0.1V，0.9V］范圍內，則電壓處于5倍檔，溫度值處于［30℃，80℃］溫度區間內，因此采用公式（9）進行計算。如果電壓不處于以上兩個區間，則筆直采用10倍檔的溫度公式（10）進行計算，不用再進行判斷。
圖4水溫R-T轉換程序流程圖
依據三個曲線擬合方程，并進行軟硬件設計組成的測溫系統進行試驗探測得到的擬合數據和誤差如表1所示：
表1試驗測量擬合溫度/擬合誤差
由表1可以發現，采用對數分段曲線擬合的擬合誤差在30℃時最約莫為0.2℃，原由可能是由于非線性變換造成的，但總的來說，擬合精度還是不錯的。系統硬件采用了毫安級恒流源降低了熱敏電阻的自熱效應小論文，軟件采用了滑動濾波的算法減少A/D轉換帶來的誤差，系統軟硬件結合實現了對數分段曲線擬合，為整個測溫系統提供了精度較高、實時性較好的測量。
NTC熱敏電阻采用對數分段曲線擬合的方式，對NTC熱敏電阻的電阻-溫度特性公式進行了變換，在近似呈線性的條件下對溫度進行分段曲線擬合，精度較高。去掉平方項，提高了微解決器的運算速度。編程較易實現，程序運算速度較快，實時性較好。只需更改擬合多項式的系數即可對其他型號的NTC熱敏電阻進行擬合，互換性強。在0℃~120℃溫度范圍，對數分段曲線擬合的擬合精度要優于一般多項式擬合。該方案在理論的驗證下，已通過編程實現，通過廠家的驗收，已交付廠家使用到船用柴油機進行實際測溫，運行正常。
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