【经验】一文告诉你在使用NTC热敏电阻测量温度时如何考虑散热常数，及热传导速度、热耗散、自热带来的影响

时间： 2020-03-27 来源：Amphenol Sensors

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本文介绍了在使用NTC 热敏电阻测量温度时如何考虑散热常数，以及如何在给定散热常数的基础上设计电路以达到预期的精度。

我们都知道，在任何指定的温度范围内，电阻与温度之间的关系可以用下面的公式来理想地描述:

(1)

备注:

o 为NTC在绝对温度下的电阻，T单位为Kelvins ();

o 是NTC在绝对温度下的电阻 (例如,), T0也可用Kelvins ()表示;

o 是NTC材料常数(K),代表了热敏电阻的缓慢R-T特征在指定的温度范围;

o T是要测量的环境温度.

但是，T真的是显示被测物体实际温度的数据吗?实际上，式(1)中T仅表示NTC热敏电阻本身的体温。其精度取决于物体的温度与热敏电阻的体温之差有多小。

对于传感器，如RTDs和热敏电阻，在测量过程中需要在传感器中消耗一些能量，因此必须考虑监测中的自热效应。

当一个NTC热敏电阻器连接在电路中时，能量以热量的形式耗散，热敏电阻器的体温将高于环境温度。能量供应的速率必须等于能量损耗的速率加上能量吸收的速率(即能量存储容量). [1]

(2)

在电路中，热能供给热敏电阻的速率等于热敏电阻[1]耗散的功率。

(3)

热敏电阻向周围环境损失热能的速率与热敏电阻[1]的温升成正比。

(4)

备注:

是热耗散常数,被定义为比例,在指定的环境温度,变化的热敏电阻的功耗产生的体温变化。耗散常数取决于热敏电阻所在介质的导热系数和相对运动，以及热敏电阻通过导线传导、介质中的自由对流和辐射向周围环境的传热。热耗散常数不是一个真正的常数，因为它随温度的变化而变化，也随温度的升高而变化。它通常是在平衡条件下测量的[1]。

而热敏电阻向周围环境损失热能的速率与热敏电阻的温升成正比。

热敏电阻吸收热能产生特定数量的温升的速率可以表示为:[1]

备注:

S是比热容，m是热敏电阻的质量。比热和质量的乘积是热敏电阻的热容(C)，它取决于热敏电阻的材料和结构。因此，NTC热敏电阻在通电后的任意时刻的传热方程可以表示为:[1]

功率(P)为常数的方程的解为:

在稳态条件下,这意味着,或当在上面方程中,一个均衡条件满足。热损耗率等于提供给热敏电阻的功率。

(8)

(9)

备注:

是稳态或者静态热敏电阻电压;

是稳态或者静态热敏电阻电流.

当环境温度,但是我们得到电路的热敏电阻的电阻实际上从加热的热敏电阻,热敏电阻的主体是().

如果热敏电阻的驱动电流足够大,因此功率P (EI)是不可以忽略的,公差或错误将引入结果。[1]

当驱动热敏电阻的功率减小到自热可以忽略的程度时，可将式(6)改写为[1]

(10)

(10)式实际上是牛顿冷却定律的数学表述，其解如下:

(11)

当 , .

备注: 为热敏电阻的初始体温。

选择串联电阻的提示。

(1) 不要选择电阻过低的电阻，这样会产生过多的自热，特别是当目标温度较高时，热敏电阻的电阻也会降低，最终通过热敏电阻的驱动电流会明显增大。

(2) 如果最高温度下的驱动电流不会产生太大的电流，那么驱动电流不会超过这个值，因为这是电路的最低电阻，而热敏电阻的电阻加上串联电阻的总电阻在任何其他温度点都不会小于它。

(3) 使用热耗散常估计引入的温度公差自动加热。

备注:

· s 单位 mA;

· s 单位 ohm;

请注意，当环境温度或热介质发生变化时，散热常数也随之变化。

如果测量电路的灵敏度仍然足够好，我们可以尽量降低驱动电流。所以这将是你申请期间的一个平衡。安费诺（AMPHENOL SENSORS）可以提供从敏感元件（NTC或PTC）到温度传感器的各式产品，热敏电阻以固体陶瓷为材料，因其质量优异经久耐用而广泛使用,其NTC热敏电阻采用渡金属氧化物制造，可在-196~1000℃的温度范围内使用，性能优异。

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