熱時(shí)間系數(shù)與NTC甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的實(shí)用研究技巧

熱時(shí)間常數(shù)與溫度傳感器甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的關(guān)系

    在本文中，我們上海自動(dòng)化儀表三廠將分解熱時(shí)間常數(shù)和NTC

甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯之間的關(guān)系。我們還將介紹選擇合適的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的重要性，該甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的特性將為您的應(yīng)用產(chǎn)生正確的熱時(shí)間常數(shù)。在本文的下面，我們展示了一種測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)的方法; 運(yùn)行兩個(gè)測(cè)試，然后顯示結(jié)果。

    什么是熱時(shí)間常數(shù)

    熱時(shí)間常數(shù)簡(jiǎn)單地說，在零條件下，是甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯溫度傳感器改變初始體溫和最終體溫之間總差值的63.2％所需的時(shí)間; 當(dāng)受到階躍函數(shù)溫度變化時(shí)。簡(jiǎn)單來說，它代表了熱電阻恢復(fù)高達(dá)50％初始電阻所需的時(shí)間。

    測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)時(shí)，需要應(yīng)用溫度變化。但是，如果這種變化太慢，你只會(huì)測(cè)量環(huán)境變化率; 不是甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯對(duì)變化做出反應(yīng)。因此，盡可能接近瞬間使用溫度變化非常重要。

    熱時(shí)間常數(shù)與甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯有什么關(guān)系

    熱時(shí)間常數(shù)是熱電阻的基本特性，響應(yīng)時(shí)間將根據(jù)所選擇甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯而變化。由于不同的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯具有不同的熱時(shí)間常數(shù)值，因此每個(gè)甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯將產(chǎn)生不同的熱時(shí)間常數(shù)以及不同的響應(yīng)時(shí)間。

    熱電阻越大; 響應(yīng)時(shí)間越慢。因此，它越小，響應(yīng)時(shí)間就越快。

    因此，在為應(yīng)用選擇甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯時(shí)，應(yīng)考慮以下因素;

    使用的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的類型;

    滿足您的應(yīng)用要求所需的響應(yīng)時(shí)間。

    您可以看到此信息將如何影響與您的應(yīng)用程序相關(guān)的結(jié)果。最后，如果您選擇合適的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯，您的結(jié)果將是積極的。但是，如果選擇錯(cuò)誤的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯，可能會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間太快或太慢。

    無論哪種方式，反響都可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。因此，您可能會(huì)遇到系統(tǒng)停機(jī)以及由于您可能必須進(jìn)行的任何修改而增加的運(yùn)營費(fèi)用。

    如何測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)？

    我們知道熱時(shí)間常數(shù)表示為絕對(duì)時(shí)間。而且，測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)顯然是熱電阻選擇過程中的關(guān)鍵因素。雖然有多種測(cè)量方法，但在比較不同甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的熱時(shí)間常數(shù)以獲得正確結(jié)果時(shí)，在每個(gè)器件上使用相同的方法非常重要。

    例如，假設(shè)您測(cè)量了一個(gè)溫度變化為0-100°C的熱電阻，并測(cè)量了另一個(gè)0-50°C的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯。因?yàn)闊釙r(shí)間常數(shù)背后的驅(qū)動(dòng)力是溫差; 您測(cè)量的第一個(gè)甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯將具有更短的測(cè)量和更快的響應(yīng)時(shí)間。

    有幾個(gè)變量會(huì)影響熱時(shí)間常數(shù)，例如：

    甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的質(zhì)量。

    甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的形狀（表面積與體積）。

    用于封裝的灌封材料。

    外殼包圍甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯。

    “環(huán)境”的性質(zhì) - 熱電阻工作的氣體或液體，以及;

    用于測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)的方法。

    燒結(jié)還通過封閉不同氧化物顆粒之間的孔來影響電阻溫度曲線的電阻率和斜率以及穩(wěn)定性。

    如果我們比較不同的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯材料，那么材料的比熱，以及溫度系數(shù)，正面或負(fù)面，也會(huì)產(chǎn)生影響。在上海儀表三廠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，這不是一個(gè)因素，因?yàn)樵搱F(tuán)隊(duì)測(cè)量的所有裝置都含有燒結(jié)金屬氧化物（NTC）材料。點(diǎn)擊了解有關(guān)四種最常見溫度傳感器的更多信息并探索您的選擇。

    測(cè)量方法的一個(gè)例子

    測(cè)量熱時(shí)間常數(shù)的一種方法是將甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯放置在環(huán)境溫度的靜止空氣中，然后使用足夠的電壓甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯使體溫升高到環(huán)境溫度以上。保持電源電壓，直到甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯在高溫下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即觸發(fā)定時(shí)器時(shí)。

    一旦你觸發(fā)了定時(shí)器，你就會(huì)監(jiān)測(cè)甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的體溫，直到它冷卻到較高溫度和環(huán)境溫度之間的溫差的63.2％，此時(shí)，你停止定時(shí)器。經(jīng)過的時(shí)間等于熱時(shí)間常數(shù)和響應(yīng)時(shí)間。

    下面的圖表顯示了熱時(shí)間常數(shù)如何測(cè)量從冷到熱，然后從熱到冷的63.2％的響應(yīng)。

   上海儀表三廠的團(tuán)隊(duì)希望將這種方法用于測(cè)試，因此他們創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)并測(cè)試了兩種類型的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯。

    芯甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯片，它影響質(zhì)量和形狀，并改變傳感器本身。

    封裝的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯，可改變甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯周圍的材料。作為測(cè)試的一部分，該團(tuán)隊(duì)使用了斷頭臺(tái)測(cè)試儀。它得名，因?yàn)樗_實(shí)像斷頭臺(tái)。他們用它來提供將甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯固定在空中所需的支撐。然后空氣成為承載起始或環(huán)境溫度的第一種介質(zhì)。連接可用于加載甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯，并且在測(cè)試開始時(shí)，它們將甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯釋放到液體中。在這種情況下，他們?cè)谑芸販囟认率褂玫V物油; 不同于氣溫。該團(tuán)隊(duì)將以下內(nèi)容視為測(cè)量過程的一部分：

    他們進(jìn)行測(cè)量的環(huán)境。

    環(huán)境中的氣體或液體流動(dòng)，通過將熱量導(dǎo)向或遠(yuǎn)離被測(cè)甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯，直接影響測(cè)量。

    溫度變化：

改變單個(gè)環(huán)境的溫度將花費(fèi)太長時(shí)間，人為地延長測(cè)量的熱時(shí)間常數(shù)。為了模擬盡可能接近瞬時(shí)變化，在兩個(gè)不同溫度下使用兩種介質(zhì)，然后將甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯從一個(gè)插入另一個(gè)中，效率更高。與熱時(shí)間常數(shù)（毫秒對(duì)秒）的值相比，甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的前沿和后沿接觸新介質(zhì)之間的時(shí)間的微小差異將是無關(guān)緊要的。

    傳感器“加載”，表示當(dāng)時(shí)攜帶的電流。

    該團(tuán)隊(duì)仔細(xì)控制了這種測(cè)量技術(shù)，以確保測(cè)量的熱時(shí)間常數(shù)的差異僅反映甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯的差異，而不會(huì)因測(cè)試變化而污染測(cè)量值。

    在釋放之前，甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯必須在空氣中達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。另外，浸泡時(shí)間必須考慮由負(fù)載電流引起的自加熱。所以，協(xié)議將是：

    讓兩個(gè)環(huán)境溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。加載設(shè)備，使其同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

    達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，即可開始測(cè)量。

    將設(shè)備釋放到測(cè)試介質(zhì)中。

    響應(yīng)是在溫度變化時(shí)測(cè)量的。

    測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    該團(tuán)隊(duì)首先比較了兩種不同芯片尺寸的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯。一個(gè)芯片質(zhì)量是另一個(gè)芯片質(zhì)量的十倍。他們將每個(gè)熱電阻從25°C的空氣中投入0°C的礦物油中。

正如團(tuán)隊(duì)所預(yù)期的那樣，較大的質(zhì)量需要更長的時(shí)間來冷卻，從而導(dǎo)致更長的熱時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)換結(jié)果如下圖3所示。

接下來，使用包含相似質(zhì)量的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯測(cè)試兩種不同類型的封裝熱電阻。一個(gè)玻璃封裝的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯; 另一個(gè)甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯封裝在黑色環(huán)氧樹脂中。進(jìn)行兩次測(cè)試以指示冷卻和加熱，結(jié)束溫度分別為9℃和41℃。

    響應(yīng)測(cè)試的結(jié)果表明玻璃是比環(huán)氧樹脂更好的熱導(dǎo)體。

    團(tuán)隊(duì)執(zhí)行的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試; 強(qiáng)調(diào)必須解甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯決的結(jié)構(gòu)和所用的測(cè)試方法，以確保達(dá)到預(yù)期的效果。

    為什么熱時(shí)間常數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵因素？

    防火

    為了證明這個(gè)指標(biāo)的重要性; 該團(tuán)隊(duì)決定為火災(zāi)探測(cè)電路提供示例設(shè)計(jì)。這里的關(guān)鍵問題是，當(dāng)它變熱時(shí)，甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯需要多長時(shí)間才能確定存在問題并發(fā)出警報(bào)？該延遲是熱時(shí)間常數(shù)的直接函數(shù)。

使用NTC甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯檢測(cè)溫度的火警電路示意圖

    如果溫度上升時(shí)電阻下降（負(fù)系數(shù)），則分壓器點(diǎn)向上移動(dòng)約1.4 V.晶體管將打開并發(fā)出警報(bào)。熱時(shí)間常數(shù)決定了電路響應(yīng)所需的時(shí)間。在熱量仍然存在的情況下，實(shí)際實(shí)施可能需要一種方法來使警報(bào)靜音。

    甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯在該電路中的作用是分壓器中的上電阻。在這種情況下，您需要使用具有負(fù)溫度系數(shù)的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯; 溫度升高時(shí)電阻降低的電阻。隨著上電阻減小，分壓電壓上升，最終通過晶體管導(dǎo)通。

    當(dāng)火勢(shì)迅速升級(jí)時(shí)，秒鐘很重要。使用錯(cuò)誤的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯會(huì)使生命或財(cái)產(chǎn)處于危險(xiǎn)之中。在諸如此類的應(yīng)用中，您將選擇具有低熱時(shí)間常數(shù)的甘霹低溫測(cè)量熱電阻芯。