Немного предыстории. Датчик температуры воздуха, подключенный к моему (самодельному) дождемеру, начал барахлить. Краткосрочное решение: починить его (сделано). Долгосрочная цель: улучшить (читайте дальше).
Этот датчик представляет собой стандартный NTC (с отрицательным температурным коэффициентом) термистор компании Vishay: сопротивление 10 кОм при 25 °C и коэффициент β, равный 3977. В сочетании с нагрузочным резистором он формирует входной сигнал микроконтроллера PIC (МК), который считывает результирующее напряжение (8 бит) для передачи по радиоканалу на базу для обработки и отображения. На Рисунке 1 показана совершенно обычная схема, а также ее реакция на температуру.
 | |
| Рисунок 1. | Базовая схема на основе термистора и ее расчетная характеристика. |
Значение сопротивления нагрузки 15699 Ом может показаться странным, но это сопротивление термистора при температуре 15 °C – средней точке требуемого диапазона измерений от –9 до +40 °C. Примерно каждые 30 секунд PIC возбуждает его на время, достаточное для стабилизации показаний.
На графике показан расчетный отклик вместе с прямой линией, проходящей через две фактические точки калибровки:0 °C (таяние колотого льда) и 30 °C (сравнение с заведомо правильным термометром). Этот отклик был рассчитан с использованием расширенных уравнений Стейнхарта-Харта, а не экспоненциальной аппроксимации, которая менее точна. Уравнение Стейнхарта и Харта модифицирует экспоненциальную кривую для NTC-термисторов точно так же, как уравнение Каллендера-Ван Дузена (Callender-Van Dusen, CVD) корректирует прямую линию для платиновых резистивных датчиков температуры (PRTD),
Соответствующая статья в Википедии [1], конечно, информативна. Тем не менее, краткое и полезное руководство по уравнениям Стейнхарта-Харта со всеми необходимыми константами можно найти на странице 4 соответствующего технического описания термистора Vishay. Любопытно, что в их таблицах зависимости сопротивления от температуры указаны усеченные, а не округленные значения, поэтому, согласно этим таблицам, сопротивление R6 нашего устройства должно составлять 15698 Ом, а не 15699.Значение, рассчитанное по уравнению Стейнхарта-Харта, дает 15698.76639545805…, плюс-минус несколько пикоом.
Обратите внимание, что график на Рисунке 1 перевернут! Это сделано намеренно, чтобы с ростом температуры кривая поднималась выше, хотя на самом деле напряжение падает. Думаю, так более интуитивно понятно; вы можете с этим не согласиться.