La précision intrinsèque d'une thermistance CTN dépend de la qualité du circuit qui la lit. Les erreurs de mesure ne sont souvent pas dues au capteur lui-même, mais à une conception et un étalonnage du circuit sous-optimaux. Ce guide présente les techniques essentielles pour concevoir un circuit robuste et extraire les données de température les plus précises de votre CTN.
1. Maîtriser le diviseur de tension : la base
Le circuit le plus courant et le plus efficace pour lire un NTC est un simple diviseur de tension.
Le circuit : placez la thermistance CTN en position basse (à la masse) et une résistance de référence fixe de précision (R_ref) en position haute. La tension de sortie (V_out) est mesurée à leur jonction.
Principe : lorsque la température varie, la résistance du CTN varie, ce qui entraîne un décalage correspondant de la tension de sortie. Le convertisseur analogique-numérique (CAN) de votre microcontrôleur peut lire cette tension.
Formule : V_out = V_supply * (R_NTC / (R_ref + R_NTC))
2. Optimiser la valeur de la résistance de référence (R_ref)
Le choix de R_ref est crucial pour maximiser la résolution et minimiser les erreurs. Une erreur courante consiste à utiliser une valeur arbitraire.
L'objectif : choisir une valeur R_ref égale à la résistance du NTC au milieu de votre plage de température d'intérêt .
Pourquoi ? Cela équilibre les variations de tension sur toute la plage, vous offrant ainsi la meilleure résolution et linéarité possible du CAN autour de votre point de mesure le plus critique.
3. Minimiser les erreurs d'auto-échauffement
Le courant traversant le CTN provoque son échauffement, source principale d'erreur. Ce phénomène est défini par la constante de dissipation (δ) dans la fiche technique.
Solution : Utiliser une tension d'alimentation plus élevée avec une valeur R_ref plus élevée, ou une valeur R25 du CTN plus faible, afin de réduire considérablement le courant traversant le capteur. La puissance dissipée est P = V² / R. Un courant plus faible signifie moins d'auto-échauffement, ce qui permet une mesure plus précise de la température ambiante.
4. Tirez parti de l'excitation de précision et de la référence ADC
La précision de votre lecture dépend entièrement de la stabilité de vos points de référence.
Utiliser une alimentation régulée : Alimentez le diviseur de tension à partir d'un régulateur de tension propre et stable. Le bruit sur le rail d'alimentation se traduit directement par du bruit dans votre mesure.
Utiliser la référence externe du CAN : Pour le CAN de votre microcontrôleur, évitez la référence de tension interne bruyante. Utilisez plutôt un circuit intégré de référence de tension externe de haute précision. Cela garantit une stabilité parfaite de la « règle » utilisée pour mesurer la tension de sortie.
5. Surmontez la non-linéarité grâce à l'étalonnage
La réponse du NTC est fortement non linéaire. N'utilisez pas une seule valeur bêta (β) pour toute la plage.
La meilleure méthode : l'équation de Steinhart-Hart. Pour une précision optimale, utilisez l'équation de Steinhart-Hart dans votre micrologiciel. Elle utilise trois coefficients (A, B, C) pour calculer la température à partir de la résistance avec une précision exceptionnelle. Ces coefficients sont souvent fournis dans la fiche technique du capteur.
Méthode pratique : Table de correspondance (LUT) : Pour de nombreuses applications, créer une table de correspondance reliant directement les valeurs du convertisseur analogique-numérique à la température est très efficace. Prenez des mesures précises à plusieurs températures connues et interpolez entre les points de votre code.
6. N'oubliez pas le filtrage
Les environnements réels sont bruyants. Un simple filtre logiciel peut faire des merveilles.
Implémentation du moyennage : Prenez plusieurs échantillons ADC en succession rapide et faites-en la moyenne. Cette technique simple permet de lisser une quantité importante de bruit aléatoire.
Conclusion
La mesure précise de la température par CTN est un objectif atteignable. En misant sur un diviseur de tension bien conçu, en optimisant les valeurs des composants, en limitant l'auto-échauffement, en utilisant des références stables et en appliquant un étalonnage approprié, vous pouvez dire adieu aux mesures inexactes. Ces techniques essentielles garantiront la fiabilité et la précision des données de température de votre système.
