Термистор arduino uno

Подключение термистора к arduino.

Терморезистор (термистор, термосопротивление) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры .

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году .

Терморезисторы изготавливаются из материалов с высоким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который обычно на порядки выше, чем ТКС металлов и металлических сплавов.

По типу зависимости сопротивления от температуры различают терморезисторы с отрицательным (NTC-термисторы, от слов «Negative Temperature Coefficient») и положительным (PTC-термисторы, от слов «Positive Temperature Coefficient» или позисторы) температурным коэффициентом сопротивления (или ТКС). Для позисторов — с ростом температуры растёт их сопротивление; для NTC-термисторов увеличение температуры приводит к падению их сопротивления.

Условно терморезисторы классифицируют как низкотемпературные (предназначенные для работы при температуpax ниже 170 Кельвин), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Выпускаются терморезисторы, предназначенные для работы при температурах от 900 до 1300 К.

Термисторы бывают разных видов вот например:

Конкретно мне интересен термистор по нескольким параметрам. Во первых их используют для измерения температуры в Экструдере 3Д принтеров и они давольно хорошо измеряют температуру необходимую для плавления пластика. Во вторых размер, если посмотреть на 3тий тип термистора на картинке выше, который в эпоксидной смоле, он очень маленький и его можно зацепить за любую поверхность и мерить на ней температуру. Вот по этим параметрам я и собираюсь его использовать так как хочу сделать станок для изготовления прутка для печати на 3Д принтере.

В данном примере будем использовать простейший NTC термистор c номинальным сопротивлением 100 кОм при температуре 25 градусов “С” который используется в 3Д принтерах. Данный термистор имеет маркирову 3950.

Для реализации нам понадобится:

Схема подключения всех элементов будет выглядеть следующим образом:

Чтобы вычислить значение температуры используют формулу Стейнхарта — Харта:

Уравнение имеет параметры A,B и C, которые нужно брать из спецификации к датчику. Так как нам не требуется большой точности, можно воспользоваться модифицированным уравнением (B-уравнение):

В этом уравнении неизвестным остается только параметр B, который для NTC термистора равен 3950. Остальные параметры нам уже известны:

  • T0 — комнатная температура в Кельвинах, для которой указывается номинал термистора; T0 = 25 + 273.15;
  • T — искомая температура, в Кельвинах;
  • R — измеренное сопротивление термистора в Омах;
  • R0 — номинальное сопротивление термистора в Омах.

Скетч будет выглядеть следующем образом:

Вот что мы увидим в мониторе порта:

Видим из показаний, что сопротивление побольше чем 100кОм и температура 23 градуса, вполне логично, формула отрабатывает правильно.
Теперь с помощью данной формулы мы уже можем строить разные условия для разных действий.

Источник

Ардуино: терморезистор NTC 100K

Терморезистор (или термистор) — это такой резистор, который меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Существует два вида термисторов: PTC — с положительным температурным коэффициентом, и NTC — с отрицательным. Положительный коэффициент означает, что с повышением температуры сопротивление термистора растёт. NTC-термистор ведет себя противоположным способом.

Также термисторы отличаются номинальным сопротивлением, которое соответствует комнатной температуре — 25 C°. Например, популярными являются термисторы с номиналом 100 кОм и 10 кОм. Такие термисторы часто используют в 3D-принтерах.

В этом уроке мы будет использовать термистор NTC 100K в стеклянном корпусе. Вот такой:

Подключение термистора к Ардуино

Чтобы измерить сопротивление термистора, подключим его в качестве нижнего плеча делителя напряжения. Среднюю же точку делителя подключим к аналоговому входу Ардуино — A0. Подобный способ использовался в уроке про фоторезистор.

Подробно об аналоговых входах Ардуино мы говорили на уроке: Аналого-цифровые преобразования — АЦП

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Какое сопротивление должен иметь резистор в верхнем плече делителя? Как правило, используют резистор с сопротивлением, совпадающим по порядку с номиналом термистора. В нашем уроке мы используем резистор на R1 = 102 кОм, его легко получить последовательным соединением двух резисторов на 51 кОм.

Программа для вычисления сопротивления термистора

Первая программа, которую мы напишем, будет вычислять сопротивление термистора в Омах.

Результат работы программы:

Можно заметить, что измеренное сопротивление термистора меньше 100 кОм, значит температура окружающей среды ниже 25 C°. Следующий шаг — вычисление температуры в градусах Цельсия.

Программа для вычисления температуры на термисторе

Чтобы вычислить значение температуры используют формулу Стейнхарта — Харта:

Уравнение имеет параметры A,B и C, которые нужно брать из спецификации к датчику. Так как нам не требуется большой точности, можно воспользоваться модифицированным уравнением (B-уравнение):

В этом уравнении неизвестным остается только параметр B, который для NTC термистора равен 3950. Остальные параметры нам уже известны:

  • T0 — комнатная температура в Кельвинах, для которой указывается номинал термистора; T0 = 25 + 273.15;
  • T — искомая температура, в Кельвинах;
  • R — измеренное сопротивление термистора в Омах;
  • R0 — номинальное сопротивление термистора в Омах.

Модифицируем программу для Ардуино, добавив расчет температуры:

Уже лучше! Программа показывает нам температуру в градусах Цельсия. Как и ожидалось, она немного ниже 25 C°.

Источник

Измерение температуры с помощью терморезистора и Arduino

Использование терморезистора (термистора) – один из самых простых и дешевых способов измерения температуры. Для точного измерения температуры с помощью терморезистора необходим микроконтроллер, в качестве которого в нашем проекте мы будем использовать плату Arduino. Измеренное значение температуры будет отображаться на экране ЖК дисплея. Подобная схема может найти применение в удаленных метеорологических станциях, проектах автоматизации (умного) дома, управления электронным и промышленным оборудованием.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino (любая модель) (купить на AliExpress).
  2. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
  3. NTC thermistor 10 кОм (терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом) (купить на AliExpress).
  4. Резистор 10 кОм (купить на AliExpress).
  5. Соединительные провода.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

При изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора (термистора). Но в нашей схеме мы не будем измерять сопротивление термистора напрямую, вместо этого мы использовали делитель напряжения, одним из резисторов которого является известное сопротивление 10 кОм, а вторым – наш терморезистор. Средняя точка делителя напряжения подключена к аналоговому входу A0 платы Arduino, поэтому при помощи аналогово-цифрового преобразования (АЦП) на этом контакте мы можем определить падение напряжение на терморезисторе в любой момент времени и, следовательно, и его сопротивление. Благодаря этим данным мы по формулам, приведенным ниже в данной статье, можем определить значение температуры.

Терморезистор

Ключевым компонентом нашей схемы является терморезистор, который используется для определения температуры. Термистор представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Существует два типа подобных термисторов: NTC (Negative Temperature Co-efficient — с отрицательным температурным коэффициентом) и PTC (Positive Temperature Co-efficient — с положительным температурным коэффициентом). Мы в нашем проекте будем использовать терморезистор NTC типа – его сопротивление уменьшается с повышением температуры. На следующих рисунках приведены график зависимости сопротивления подобного терморезистора от температуры и его типовой внешний вид.

Расчет температуры с помощью терморезистора

Схема используемого нами делителя напряжения представлена на следующем рисунке.

Напряжение на терморезисторе в этой схеме можно определить из известного напряжения:

Из этой формулы можно выразить значение сопротивления терморезистора Rt (R – известное сопротивление 10 кОм):

Значение Vout мы затем будем определять в коде программы с помощью считывания значения на выходе АЦП на контакте A0 платы Arduino.

Математически, сопротивление терморезистора можно вычислить с помощью известного уравнения Стейнхарта-Харта (Stein-Hart equation).

T = 1/(A + B*ln(Rt) + C*ln(Rt) 3 ) .

В этой формуле A, B и C — константы, Rt – сопротивление терморезистора, ln — натуральный логарифм.

Мы для проекта использовали терморезистор со следующими константами: A = 1.009249522×10 −3 , B = 2.378405444×10 −4 , C = 2.019202697×10 −7 . Эти константы можно определить с помощью данного калькулятора, введя в нем значения сопротивления терморезистора при трех значениях температуры или вы их можете непосредственно узнать из даташита на ваш терморезистор.

Таким образом, для определения значения температуры нам будет нужно только значение сопротивления терморезистора – после его определения мы просто подставляем его значение в уравнение Стейнхарта-Харта и с его помощью рассчитываем значением температуры в кельвинах. Алгоритм определения температуры в нашем проекте представлен на следующем рисунке.

Исходный код программы

Полный код программы представлен в конце статьи, здесь же сначала рассмотрим его наиболее важные фрагменты.

Для выполнения математических операций в программе мы должны подключить заголовочный файл библиотеки “ #include >”, а для работы с ЖК дисплеем – подключить библиотеку “ #include
«. Далее в функции setup() мы должны инициализировать ЖК дисплей.

Источник

Электроника

учебно-справочное пособие

Подключение термистора к Arduino

Термистор (терморезистор, термосопротивление) – это резистор, сопротивление которого сильно зависит от температуры. Термисторы изготавливаются таким образом, чтобы сопротивление изменялось на значительную величину в зависимости от температуры — около 100 Ом и даже больше при изменении температуры на 1°C.

Рис. 1 — Термисторы

Термисторы бывают двух типов:

  • с положительным температурным коэффициентом (PTC, positive temperature coefficient) — при повышении температуры сопротивление возрастает,
  • отрицательным температурным коэффициентом (NTC — negative temperature coefficient) — при повышении температуры сопротивление уменьшается.

В большинстве случаев для измерения температуры используются NTC-термисторы. PTC-термисторы часто используются в качестве предохранителей — с увеличением температуры растет сопротивление, это приводит к тому, что через них проходит большая сила тока, они нагреваются и срабатывают как предохранители.

Основные преимущества термисторов:

  • дешевле чем датчики температуры,
  • проще использовать в условиях повышенной влажности,
  • работают с любым напряжением (цифровые датчики требуют 3 В или 5 В питания логики),
  • не нужен усилитель сигнала, чтобы считывать данные (можно использовать любой микроконтроллер).
  • высокое соотношение точность показаний/цена. Например, термистор 10 кОм 1% может производить измерения температуры с точностью ±0,25°C.
  • практически невозможно повредить.

Недостаток: диапазон температур, который можно измерить с помощью термисторов не такой широкий как у термопар и их настройка для снятия показаний тоже немного сложнее.

Подключение термистора к Arduino

Схема подключения представляет собой простейший резистивный делитель на двух резисторах одинакового номинала. R1 — это NTC термистор номиналом 10 кОм подключенный к GND, R2 — обычный резистор с номиналом 10 кОм подключенный к +5V. Со средней точки включения R1 и R2 снимаются показания на аналоговый вход A0 Arduino. Так как сопротивление термистора достаточно высокое (около 10 кОм), сопротивление проводников практически не повлияет на результаты измерений.

Рис. 2 — Схема подключения термистора к Arduino

Методика считывания аналогового напряжения

Для определения температуры, необходимо измерить сопротивление. Так как в Arduino нет встроенного измерителя сопротивления, но есть возможность считывать напряжение с помощью аналогово-цифрового конвертера. Для этого в схеме есть резистор R2=10кОм.

Напряжение U0 на выводе A0, которое мы будем передавать Arduino, будет равно:

где Ucc — напряжение источника питания (3,3 В или 5 В),

Rt — сопротивление термистора.

При измерении напряжения ( Ui ) с использованием АЦП на Arduino, мы получим числовое значение

Сократив Ucc получаем:

Данная формула показывае, что полученное значение не зависит от напряжения питания.

Выполнив еще одно преобразование получим выражение для Rt :

Скетч №1

Загружаем в Arduino скетч. Открыв монитор порта увидим считываемое значение и сопротивление термистора Если прижать пальцем термистор, то температура начнет изменяться и сопротивление уменьшается. Если палец убрать, термистор остывает и сопротивление начинает увеличиваться.

Рис. 3 — Результат выполнения скетча

Преобразовывание сопротивления термистора в температуру

Для получения фактического значения температуры можно использовать уравнение Стейнхарта-Харта:

Уравнение достаточно сложное и требует большого количества переменных-параметров, которых может не быть для конкретного термистора. Вместо этого уравнения можно использовать упрощенное уравнение.

Для этой зависимости нам надо знать T0 (для комнатной температуры (25°C) T0 = 298,15K), B (коэффициент, который зависит от используемого термистора, в данном случае B=3950), и R0 (сопротивление при комнатной температуре ( R0 =10 кОм)). Подставляем R=RT (измеренное сопротивление) и получаем значение T (температура по Кельвину), которую преобразовываем в °C.

Скетч №2

При измерении температуры имеются погрешности самого термистора и аналоговой электрической цепи.

Можно аппроксимировать ожидаемую погрешность, если учесть ошибку сопротивления самого термистора. Например, на термисторе указано 1%. Это значит, что при 25°C он может выдать показания в диапазоне от 10,100 до 9900 Ом. При 25°C разница в показаниях в 450 Ом соответствует 1°C, так что погрешность 1% составляет около ±0,25°C (можно провести калибровку термистора при 0°C и исключить отклонения). Также можно использовать термистор с погрешностью 0,1%. Это поможет уменьшить ошибку в показаниях до ±0,03°C

Есть вторая погрешность, которая возникает при аналогово-цифровом преобразовании. Каждый некорректно прочитанный бит может давать отклонения около 50 Ом. В принципе эта погрешность меньше, чем ошибка самого термистора ±(0,1°C), но, используя Arduino Uno или Arduino Pro Mini, уменьшить эту погрешность невозможно. Если вас такая точность не устраивает, необходимо использовать более «продвинутые» модели Arduino, которые обеспечат 12-16 бит вместо 10 при аналогово-цифровом преобразовании.

В общем, термисторы обеспечивают большую точность при измерении температуры по сравнению с термопарами и большинством недорогих цифровых датчиков температуры, но, используя Arduino и термистор, вы не получите измерения с точностью более чем ±0.1°C. Используя 1% термистор, показания не будут точнее ±0.5°C.

Источники

Электроника © ЦДЮТТ • Марсель Арасланов • 2022

Источник

Adblock
detector