tag 标签: 热敏电阻

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    2022-7-11 09:57
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    本电路采用S-82R1A保护IC,用于对1节锂离子/锂聚合物可充电电池组的过充电、过放电和过电流的保护。 电路原理 本电路通过把NTC热敏电阻器连接于S-82R1A的热敏电阻器连接端子(TH端子),可以进行过热保护。通过使用电池电压监视端子(BS端子),还能监视电池电压,实现了以下性能: - 过热检测温度+45°C ~ +85°C(1°C进阶):精度±3°C - 过充电检测电压 3.500 V ~ 4.800 V(5 mV进阶):精度±15 mV - 过充电解除电压 3.100 V ~ 4.800 V:精度±50 mV - 过放电检测电压 2.000 V ~ 3.000 V(10 mV进阶):精度±50 mV - 过放电解除电压 2.000 V ~ 3.400 V:精度±75 mV - 放电过电流1检测电压 3 mV ~ 100 mV(0.5 mV进阶):精度±1.5 mV - 放电过电流2检测电压 10 mV ~ 100 mV(0.5 mV进阶):精度±3 mV - 负载短路检测电压 20 mV ~ 100 mV(1 mV进阶):精度±5 mV - 充电过电流检测电压 -100 mV ~ -3 mV(0.5 mV进阶):精度±1.5 mV - 各种检测延迟时间仅通过内置电路即可实现(不需要外接电容) - 放电过电流状态解除电压 : 放电过电流解除电压(VRIOV) = VDD × 0.8(典型值) - 休眠功能 : 有 - 高耐压:VM端子、CO端子的绝对最大额定值28 V 工作时消耗电流:4.5μA(典型值)、6.0μA(最大值)(Ta = +25°C) - 休眠时消耗电流: 50 nA(最大值)(Ta = +25°C) - 过放电时消耗电流: 0.5μA(最大值)(Ta = +25°C) 电池保护IC的连接示例 1、通常状态 通常状态下,S-82R1A通过监视连接在VDD-VSS间的电池电压,VINI-VSS间电压,以及NTC热敏电阻器的温度,来控制充电和放电。 电池电压在过放电检测电压(VDL)以上、过充电检测电压(VCU)以下的范围、VINI端子电压在充电过电流检测电压(VCIOV)以上、放电过电流1检测电压(VDIOV1)以下的范围、NTC热敏电阻器的温度在过热检测温度(TTD)以下时,充电控制用FET和放电控制用FET都为ON。这种状态称为通常状态,可自由的进行充放电。 初次连接电池时,有可能不能放电。这时,如果连接充电器就可变为通常状态了。 2、过充电状态 过充电状态有2种情况:即过充电解除电压和过充电检测电压相异(VCL ≠ VCU)、相同(VCL = VCU)。 (1)VCL ≠ VCU 当通常状态下的电池电压在充电过程中超过VCU,且这种状态保持在过充电检测延迟时间(tCU)以上的情况下,充电控制用FET为OFF,会停止充电。这种状态称为过充电状态。过充电状态的解除,分为如下的2种情况。 如果VM端子电压在低于0.35V(典型值)的情况下,当电池电压降低到过充电解除电压(VCL)以下时,即可解除过充电状态。 如果VM端子电压在0.35V(典型值)以上的情况下,当电池电压降低到VCU以下时,即可解除过充电状态。检测出过充电之后,连接负载开始放电,由于放电电流通过充电控制用FET的内部寄生二极管流动,因此VM端子电压比VSS端子电压增加了内部寄生二极管的Vf电压。此时,如果VM端子电压在0.35V(典型值)以上的情况下,当电池电压在VCU以下时,即可解除过充电状态。 (2)VCL = VCU 当通常状态下的电池电压在充电过程中超过VCU,且这种状态保持在tCU以上的情况下,充电控制用FET为OFF,会停止充电。这种状态称为过充电状态。 当VM端子电压在0.35V(典型值)以上,并且电池电压降低到VCU以下时,即可解除过充电状态。检测出过充电之后,连接负载开始放电,由于放电电流通过充电控制用FET的内部寄生二极管流动,因此VM端子电压比VSS端子电压增加了内部寄生二极管的Vf电压。此时,如果VM端子电压在0.35V(典型值)以上的情况下,当电池电压在VCU以下时,即可解除过充电状态。 对于超过VCU而被充电的电池,即使连接了较大值的负载,也不能使电池电压下降到VCU以下的情况下,在电池电压降低到VCU以下为止,放电过电流检测以及负载短路检测是不能发挥作用的。但是,实际上电池的内部阻抗有数十mΩ,在连接了可使过电流发生的较大值负载的情况下,因为电池电压会马上降低,因此放电过电流检测以及负载短路检测是可以发挥作用的。 检测出过充电之后,在连接充电器的情况下,即使电池电压降低到VCL以下,也不能解除过充电状态。断开与充电器的连接,当放电电流流动,VM端子电压上升到0.35V(典型值)以上时,既可解除过充电状态。 充电时序图 3、过放电状态 当通常状态下的电池电压在放电过程中降低到VDL以下,且这种状态保持在过放电检测延迟时间(tDL)以上的情况下,放电控制用FET为OFF,会停止放电。这种状态称为过放电状态。 在过放电状态下,由于VDD-VM端子间可通过RVMD来进行短路,因此VM端子会因RVMD而被上拉。在过放电状态下如果连接充电器,当VM端子电压降低到0V(典型值)以下时,电池电压在VDL以上,解除过放电状态。VM端子电压不低于0V(典型值)时,电池电压在过放电解除电压(VDU)以上,解除过放电状态。 在过放电状态下,没有连接RVMS。 在过放电状态下,当VM端子电压上升到0.7V(典型值)以上时,休眠功能则开始工作,消耗电流将减少到休眠时消耗电流(IPDN)。通过连接充电器,使VM端子电压降低到0.7V(典型值)以下,来解除休眠功能。 在过放电状态下,即使VM端子电压上升到0.7V(典型值)以上,休眠功能也不会工作。 4、放电过电流状态 放电过电流状态有4种情况:放电过电流1、放电过电流2、负载短路、负载短路2。 (1)放电过电流1、放电过电流2、负载短路 在通常状态下的电池,由于放电电流达到指定值以上,会导致VINI端子电压上升到VDIOV1以上,且此状态持续保持在放电过电流1检测延迟时间(tDIOV1)以上的情况下,放电控制用FET为OFF,会停止放电。这种状态称为放电过电流状态。 在放电过电流状态下,VM-VSS端子间可通过RVMS来进行短路。但是,在连接着负载的期间,VM端子电压由于连接着负载而变为VDD端子电压。若断开与负载的连接,则VM端子恢复回VSS端子电压。 当VM端子电压降低到VRIOV以下时,即可解除放电过电流状态。在放电过电流状态下,没有连接RVMD。 (2)负载短路2 在通常状态下的电池,连接了能导致放电过电流发生的负载,VM端子电压上升到VSHORT2以上,且此状态持续保持在负载短路检测延迟时间(tSHORT)以上的情况下,放电控制用FET为OFF,会停止放电。这种状态称为放电过电流状态。 5、充电过电流状态 在通常状态下的电池,由于充电电流在指定值以上,会导致VINI端子电压降低到VCIOV以下,且此状态持续保持在充电过电流检测延迟时间(tCIOV)以上的情况下,充电控制用FET为OFF,会停止充电。这种状态称为充电过电流状态。 断开与充电器的连接,当放电电流流动,VM端子电压上升到0.35V(典型值)以上时,既可解除充电过电流状态。在过放电状态下,充电过电流检测不发挥作用。 6、过热保护状态 当连接于TH端子的NTC热敏电阻器的温度超过过热检测温度(TTD),且此状态持续维持在过热检测延迟时间(tTH)以上的情况下,充电控制用FET和放电控制用FET都为OFF,会停止充放电。这种状态称为过热保护状态。 当NTC热敏电阻器的温度低于过热解除温度(TTR)时,解除过热保护状态。在过放电状态下,过热检测不工作。 7、电池电压监视端子(BS端子) 通过BS端子可以监视VSS端子的电位。在通常状态下,BS端子、VSS端子间通过RBSS连接。在通常状态以外时,RBSS被切断。但是,在过放电状态连接充电器时,当VM端子电压降低到0V(典型值)以下,RBSS会被连接。 8、允许向0V电池充电 已被连接的电池电压因自身放电,在为0V时的状态下开始变为可进行充电的功能。在EB+端子与EB?端子之间连接电压在向0V电池充电开始充电器电压(V0CHA)以上的充电器时,充电控制用FET的门极会被固定为VDD端子电压。 借助于充电器电压,当充电控制用FET的门极和源极间电压达到阈值电压以上时,充电控制用FET将被导通(ON)而开始进行充电。此时,放电控制用FET为OFF,充电电流会流经放电控制用FET的内部寄生二极管而流入。在电池电压变为VDL以上时恢复回通常状态。 9、禁止向0V电池充电 连接了内部短路的电池(0V电池)时,禁止充电的功能。电池电压在0V电池充电禁止电池电压(V0INH)以下时,充电控制用FET的门极被固定在EB?端子电压,而禁止进行充电。当电池电压在V0INH以上时,可以进行充电。 有可能存在被完全放电后,不推荐再一次进行充电的锂离子可充电电池。这是由于锂离子可充电电池的特性而决定的,所以当决定允许或禁止向0V电池充电时,请向电池厂商确认详细情况。 10、延迟电路 各种检测延迟时间是将约4kHz的时钟进行计数之后而分频计算出来的。备注 tDIOV1, tDIOV2, tSHORT的计时是从检测出VDIOV1时开始的。因此,从检测出VDIOV1时刻起到超过tDIOV2, tSHORT之后,当检测出VDIOV2, VSHORT时,从检测出时刻起分别在tDIOV2, tSHORT之内立即把放电控制用FET切换为OFF。 芯齐齐BOM分析 本电路通过S-82R1A电池保护IC,使用外接NTC热敏电阻器,实现了高精度过热保护电路,而且外接元器件精简。 其中,S-82R1A电池保护IC内置高精度电压检测电路和延迟电路,自带电池电压监视端子,各种检测延迟时间仅通过内置电路即可实现 (不需要外接电容)。S-82R1A工作温度范围广-40°C~+85°C, 采用HSNT-8(1616)封装,无铅(Sn 100%)、无卤素。 BOM表中,如果FET的阈值电压在过放电检测电压以上的情况下,有可能导致在过放电检测之前停止放电的情况发生,应该让阈值电压≤过放电检测电压。 电阻器中,由于过充电检测电压精度由R1 = 100Ω保证,连接其他数值的电阻会降低精度。因此,R1应以实测结果为准,定型时选择1% 精度精密电阻器。温度检测精度因NTC热敏电阻器的规格不同而有所偏差,R4选择阻值为470kΩ±1%精度的NTC热敏电阻器。
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    2022-5-27 14:13
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    实验:基于热敏电阻的温度计/基于光敏电阻的光强计 记得之前有买过LM35这个温度传感器,但是怎么找都找不到,临时下单了一下,到了再做4.13 基于LM35的温度计,今天先来完成4.14和4.15(两者实现逻辑差不多就一起做了)。 (1)实验目的 利用热敏电阻/光敏电阻和LIAT中的热敏电阻函数节点,通过Arduino Uno控制板的模拟端口采集与热敏电阻 /光敏电阻串联电阻的分压值上传给LabVIEW软件,并除以温度系数/光照系数以获得温度值/光照值,实现一个温度计/光强计的功能。 (2)硬件连接 将热敏电阻 /光敏电阻与10kΩ电阻串联起来,热敏电阻/光敏电阻另一端接至Arduino Uno控制板上的+5V,10kΩ电阻另一端接至Arduino Uno控制板上的GND上,将热敏电阻/光敏电阻与10kΩ电阻的连接处接至模拟引脚A2上。 (3)程序设计(这里只放了热敏电阻的图) LabVIEW的前面板: 程序框图: LabVIEW程序首先通过设置的串口号与Arduino Uno控制板建立连接,然后进入While循环中,在循环中不断调用热敏电阻专用的Thermistor Read函数节点来读取温度值。最后,断开与Arduino Uno控制板的连接。 今天的这个实验整体逻辑实现比较简单,有兴趣的可以看一下Thermistor Read函数节点的VI,它是怎么讲AD采集的模拟量转换成温度值的,主要还是数学的问题。 (4)实验与演示 点击运行按钮,LabVIEW程序开始执行,在Analog Pin选择A2,可以看到前面板上的温度计显示当前的温度,可以用手心热一下指头,现在天热了体温还是蛮高的,手指捏住热敏电阻,可以看到温度计数值明显上升。 光敏电阻用手盖住就可以看到数值明显下降了。
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    2018-10-11 13:23
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    热敏电阻是非常精确的热传感器,通过其电阻来指示温度。如果将热敏电阻用作传感器,只需施加电压、测量电流、然后将电阻转换成温度即可测量温度。然而,热敏电阻也可以用作电路中的可变电阻,通过增加或减小电阻来影响行为,具体情况取决于温度系数是正还是负。 对温度变化作出响应需要时间,而测量该响应的主要参数是热时间常数(TTC)。热敏电阻的材料和组装对热时间常数有重大影响,因此Ametherm的工程师团队进行了大量实验,以揭示热时间常数的变化程度。然后我们会在实际应用中看到热时间常数会产生怎样的影响。 结构影响热时间常数 热时间常数是一种固有的器件特性,与环境变化率无关。在测量热时间常数时,需要应用温度变化,但如果变化太慢,那么您测量的将是环境温度的变化率,而不是传感器的响应。因此,使用尽可能接近瞬间的温度变化非常重要。 在整个响应过程中,响应速率不断发生变化,随着器件在新温度下接近稳态而逐渐减慢。等到达到真正的稳定状态后才能使困难的测量实现标准化,因此将热时间常数定义为温度达到1/e或刚好超过完全过渡的63%所需的时间。 图1:热时间常数测量过渡为63.2%时的响应。蓝色曲线表示从冷到热的过渡,绿色曲线表示从热到冷的过渡。 有几个变量会影响热时间常数: • 热敏电阻的质量 • 热敏电阻的形状(表面积与体积) • 封装所用的灌封材料 • 封装热敏电阻的外壳 • “环境”即热敏电阻工作的气体或液体的性质 • 测量热时间常数所用的方法 如果我们是将不同的热敏电阻材料进行比较,那么材料的比热以及温度系数(正或负)也会产生影响。由于测量的所有器件都是烧结的过渡金属氧化物(NTC材料),因此我们不考虑这些因素。烧结通过封闭不同氧化物颗粒之间的孔来影响电阻率和电阻温度曲线的斜率以及稳定性。 测量方法至关重要,因此在比较不同热敏电阻的热时间常数时,要确保使用相同的测量方法,这一点极为重要。用绝对时间表示热时间常数。因此,例如,如果某个器件的温度变化为0C至100°C,而另一个器件的温度变化只有该变化的一半,那么第一个器件(即使它与第二个器件完全相同)的测得热时间常数会较短,因为热时间常数是由温差驱动的。 Ametherm研究的两个主要变量是芯片尺寸(它影响质量和形状)和封装类型。第一个变量取决于传感器本身,第二个变量则取决于传感器周围的材料。 测量设置影响热时间常数 该团队认真控制测量技术,确保测得热时间常数的差异真实反映热敏电阻的差异,而不会因测试方法的改变而影响测量。考虑因素包括: • 进行测量的环境 • 环境中的气流或液流(它通过将热量导向或远离被测设备来影响测量) • 改变温度的方式:改变某个环境温度所需的时间太长,人为地延长了测得的热时间常数。为了模拟尽可能接近瞬时的改变,更为有效的做法是让两种介质处于两个不同的温度,然后将热敏电阻从一种介质快速移入另一种介质。与热时间常数的值相比,热敏电阻的前沿和后沿接触新介质之间的时间上的微小差异通常是无关紧要的(就如同毫秒与秒的差异)。 • 传感器“负载”,即它所承载的电流。 Ametherm团队使用的设置包括所谓的断头台测试仪。它起到支撑的作用(类似断头台),将热敏电阻固定在空中。空气成为承载起始温度的第一种介质。可进行连接以便加载热敏电阻,测试开始之后,将热敏电阻放到受控温度不同于空气温度的液体(在本案中为矿物油)中。 图2:用于测试热时间常数的断头台设置。测试介质将放置在它的下方,图中未显示。 放置之前热敏电阻必须在空气中达到稳定状态。浸入时间必须考虑由负载电流造成的自发热。因此拟定: • 让个环境都达到稳定状态;加载器件,使其同时达到稳定状态 • 一旦达到稳定状态,就开始测量 • 将该器件放到测试介质中 • 随着温度变化测量响应情况 测量结果 该团队首先比较了具有不同芯片尺寸的两个热敏电阻;其中一个的质量是另一个的十倍。该测试将热敏电阻从25°C的空气中快速移入0°C的矿物油中。结果如下表所示。 正如预期的那样,较大的质量需要冷却的时间较长,从而导致热时间常数较长。过渡曲线如下面照片所示。 图3:左图是小热敏电阻的响应;右图是大热敏电阻的响应。 接下来,使用质量几乎完全相同的热敏电阻测试两种不同类型的封装。一个封装在玻璃中,另一个封装在黑色环氧树脂中。进行两次测试,一次是冷却,一次是加热,结束温度分别为9℃和41℃。结果如下表所示。 结果表明玻璃是比环氧树脂更好的热导体。响应照片如下图示。 图4:玻璃封装(上图)和环氧树脂封装(下图)从热到冷以及从冷到热的响应。 这些测试强调,在为给定的热时间常数选择器件时,必须考虑结构和测试方法,以确保以后不会出现意外。 为什么热时间常数至关重要 为了说明这个指标为何如此重要,该团队整理了一个示例设计:火灾探测电路。这里的关键问题是,热敏电阻变热后需要多长时间才能确定出现了问题并发出警报?这种延迟是热时间常数的正比例函数。 图5:使用热敏电阻检测温度的火警电路原理图。如果温度上升时电阻下降(负系数),则分压器点向上移动。在大约1.4V时,晶体管将接通,发出警报。热时间常数确定电路作出响应所需要的时间。 实际实施可能需要采取一种让警报在一定温度下静音的方法。 热敏电阻在该电路中的作用是作为分压器中的上电阻。在这种情况下,您需要使用具有负温度系数的器件,即电阻随温度升高而减小的器件。随着上电阻的减小,分压电压上升,最终通过晶体管开启警报。 在此类应用中,人们会选择具有低热时间常数的热敏电阻。当火势迅速升级时,几秒钟都至关重要;使用错误的热敏电阻可能会使生命或财产处于危险境地。 选择适合作业的热时间常数 总之,热时间常数是热敏电阻的基本特性,必须根据应用进行选择。热敏电阻的构造(材料、尺寸和结构)对热时间常数有重大影响。热时间常数的测量方法也会影响测得的热时间常数值。选择热敏电阻时,重要的是要知道需要什么响应并相应地选择热敏电阻。当比较热敏电阻之间的热时间常数时,确保它们在相同条件下进行测量,这一点也很重要。 随着传感器的激增,热敏电阻将面临全新应用与创新。选择特性合适的热敏电阻将有助于避免以后重新设计工作。 作者Mehdi Samii目前担任Ametherm的工程副总裁。他拥有物理学学士学位。
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    2015-9-14 15:05
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    这篇文章首次发表在Sensor Review,国际级的工业传感器期刊。Volume 21, No. 3 2001. 这篇文章也曾发表在德国(Elektronic杂志)和挪威(Elektronic Norden杂志)。 作者:Alan Tong Alan Tong是Pico Technology Ltd 的技术领跑者,主要研究的领域是数据采集和温度测量。 摘要 为了在精确测量上取得相对较低的价格,先进的温度测量技术已经催生了各种各样的传感器和测量仪器。 本篇文章回复原本地看看三种最流行的温度传感技术,接着给出了一些建议以避免经常进入损坏温度测量系统精度的误区。 介绍 高精度的温度测量设备现在广泛存在,价格也比较合理,但是同时温度测量任务的简化也导致了很多用户在使用高精度传感器和测量设备犯了很多简单的错误而导致了相反的结果。 当人们有了一个测量温度的要求,很多人第一反应是要购买他们能购买得起的精度最高和价格最贵的传感器和测量设备。作为制造商,我们当然拍手称好,因为我们可以获得更高的利润。但是,不得不承认这是做精确测量的错误方式。 正确的测量 举个例子,假如你想简单的测量房间的温度,精度要求达到1℃。这里的问题是房间的温度不止一个而是多个不同的温度值。 图1展示了在Pico公司的仓库安装了三个不同的高度传感器来记录温度。传感器的读数至少相差1℃ 以上,不管各自的传感器有多么精确,我们也绝不可能得到精度为1℃ 的测量值。                                                 ?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" /                                              图1                                                图2 另一个看起来非常明显但又经常被忽略的点是你仅仅记录了传感器的温度。任何传感器的温度和实际的温度值之间总会有一个直接的偏差。打个比方,如果你夹了一个温度传感在水管上用来测量管内水流的温度,这显然是错误的 。 图2温度的差异是由管的内外表面造成的,同时环境的空气温度和传感器周围的空气流动会造成更大的偏差。但是,出于实用和/或安全的原因,你可能不得不要按下面的测量方式去做——这样通过热滞后包括传感器和附在传感器上的附件才会减少错误的发生。 而且,考虑到传感器的存在方式会影响到测量。图3充分验证了这一点。   图片3 图3:在这个实验中,高精度和低精度的传感器和仪器对照组分别测量等体积水被加热时的上升温度。一只体积较大、价格较贵和高精度Pt100传感器连接到一台PT-104上(两者的精度都是 0.01 ℃),PT100传感器部分浸没在第一个烧杯里。用这种方法使用PT100传感器会使传感和仪器因“热分流”而测量失效。热量从体积较大、部分浸没在水中的探头进入空气,从而减少了水的加热率。此外,在这个实验中,即使水沸腾了,PT100永远都不会达到100 ℃ 。反而价格较低,精度较低的解决方案提供了更加精确和有代表性的测量。 首先考虑到你将要测量的物体,接下来的步骤就是决定要用哪种类型的传感器。在研究和工业中用的比较多的有三种传感器,它们是:热电偶,热电阻(RTD或者叫电阻温度计)还有热敏电阻。表1对比了这三种传感器。        表1 — 最常用温度传感器和参数   * 在现代数字测量仪器中线性度已经不是一个很大的问题, 因为可把对照表存进内存里来进行温度补偿 ** 热反应仅仅决定于测量部分,而不是外围 热电偶 1822年,一位爱沙尼亚的物理学家Thomas Seebeck偶然发现两种金属接在一起会有电压产生而且跟温度是函数关系,之后的热电偶就是根据这个“塞贝克”效应制成的。但是热电偶不是特别精确的传感器:通常有2 ℃ 的误差。但是热电偶因具有很宽的温度测量范围(-200 至2000 ℃)而得到了广泛的应用,而其他替代装置则达不到这个所需的温度。另外,它们还有价格相对比较低功能也比较全的优势。 虽然几乎所有的两种不同类型的金属都能用来做成热电偶,但是大量使用的是标准类型(见表2),因为它们产生可预测的输出电压和大的温度梯度。 标准表显示了在给定温度下热电偶产生的电压。举个例子,一个K型热电偶(最常用的热电偶)在 300 ℃ 会产生 12.2 mV的电压。尽管产生的电压非常的小,但是意味着热电偶(不像RTD和热敏电阻)是自给电源而不要求额外的激励电流。遗憾的是,我们不能简单的通过电压表连接了热电偶去测量电压,因为这样做会产生第二个不希望产生的连接点而产生另外一个电压。为了达到精确的测量,需要采用一种冷端补偿技术(CJC)。所有标准的热电偶表把第二个连接点都假设为它刚好保持在0 ℃,传统的办法是将它放在精心设计的冰浴中。然而这样的冰浴在很多应用中是不切实际的,取而代之的是实际的温度在热电偶和测量仪器连接点的温度被记录下来,然后得到补偿。冷端补偿温度是通过测量仪器的输入连接器良好的接触来传感得到的。第二个温度读数和热电偶自己的读数通过用测量仪器计算出热电偶尖端的真正温度。理解CJC是很重要的,因为任何冷端连接温度的测量所产生的偏差都会导致热电偶尖端测量温度的偏差。 一般要注意,避免将热电偶连接端——除非非常必要的测量——突然放在温度变化很大的地方,如此产生的结果将会导致错误。 就像所提及到的,选择不同的金属来传感热电偶的温度会产生不同的特性。表2总结了最常用的几种类型。 表 2 — 流行的热电偶类型   * 除非在0 ℃ ,不然很多制造商提供特殊的热电偶把精度提高到0.5 ℃。 热电偶是由细线做成来减小热分流和提高响应时间,但是这样也导致了热电偶具有高阻抗性。而又因为测量仪器的输入阻抗从而导致了测量的误差。一个典型的裸连接热电偶带32 AWG 线(直径0.25 mm) 的电阻大概是15 Ω/m.如果需要细的导体和长的引线,可以在保持热电偶导体较短的情况下采用热电偶延长导线来实现热电偶与测量设备的连接。最好的做法是在你需要用热电偶精确测量之前要测量每个热电偶的电阻和测量仪器的输入电阻。 如果你需要增加热电偶引线的长度,只需要使用正确的热电偶类型延长线。使用任何其他类型的线将引入一个不需要的热电偶接点。 任何插头,插座或接线端子都要确保连接扩展线是跟热电偶一样的金属以及要随时观察极性是否正确。 因为热电偶测量信号水平只有微伏,因此噪音干扰可能是一个问题。 从杂散电和磁场产生的噪音通常高于信号电平几个数量级。大部分的测量仪器是可以防止共模干扰的(两条线的信号一样),但是这种设计又不能保证绝对完美,所以只能尽量减少噪声干扰。我们可以在测量的时候远离噪声或者有两条热电偶线(绝缘)交叉的拧在一起,这样两条线受到的干扰是一样的,就可以相互得到补偿。如果非得在一个噪声很大的环境下测量(比如在一个很大的发动机附近),那么就得考虑用屏蔽电缆了。 热电偶的最后一点说明是:标定降级。这是一个随机改变热电偶结构的过程。这种情况产生的原因是空气颗粒扩散到了金属的测量端。另外一种原因是一些绝缘层的杂质或者是化学物质扩散到热电偶的导线上。如果测量的是高温,那么必须详细检查探头的绝缘层情况。 RTD(热电阻) 另一种常见的温度测量装置是热电阻——本文中讨论的三种类型的传感器中最稳定和最精确的(尽管价格昂贵,脆弱)。任何金属电阻都是随着温度变化而变化,大多数情况下电阻随着温度呈现正温度系数变化(PTC)。 最常见的热电阻是铂电阻温度计(PRT),实际操作范围是-250到850℃。根据类型不同,RTD的精度范围在0.03至0.3 ℃之间。用的最普遍的铂电阻温度计就是Pt100——之所以这样叫是因为在0 ℃时它的电阻是100 Ω。 铂电阻温度传感器不是绕线的就是金属膜电阻器。当然,后者具有更快的响应时间。实际上Pt100传感器基本上就是一个电阻,因此它的值可以用一个欧姆表来测量,见图4。然而,因为引线电阻的问题,传感器的低电阻和低灵敏度(0.385 Ω/℃)给精确测量带来了一定的难度。一个1 Ω电阻的引线来连接pt100到测量表会给测量带来超过 5℃的误差。 为了避免引线电阻的误差,很多PT100的测量做成四线制的(见图4)。两条线提供励磁电流,另外两条线经过PRT连接电压表。提供的伏特计阻抗就比电缆的电阻高几欧姆,这不会导致一个错误。 两线制和四线制折中的方法就是3线制测量。正如假设的那样考虑到高精度的测量,三条线是具有相同电阻的。在实际中,精度测量需要四线制配置。此外,热敏电阻往往比三线制或者四线制的PT100的测量更精确。 图4 图4:四线制(右图)提供了最好的精度,但是注意:低电阻和低灵敏度的PTD给测量仪器提出了很大的要求,可以解决的方法是可以在励磁电流,噪声和分辨率上下功夫。 为了减少传感器自身产生的热量,励磁电流要尽可能的小(1mA)。这样就相应地减小了传感器的输出电压,信噪比(通过增强信号增强)和仪器的分辨率。不过还好,先进的仪器是手持式的。打个比方,Pico研发生产的PT-104由于新颖的设计和24位的模拟到数字转换,用的仅仅是0.25mA的驱动电流就可以实现0.001 ℃的分辨率。 对于高精度的测量,传感器自身产生的热量往往需要考虑进去。在生产过程中,驱动电流的值和给定传感器的自产热是存在的。一般情况下,小的传感器在空气中因为自产热可导致1 ℃/mW的错误。1 mA 的驱动电流在100 Ω 的电阻中可以消耗0.1 mW进而造成0.1 ℃ 的错误。用一个大一些的传感器可以减小自产热所带来的误差,但可能会导致热分流的误差(就像以上实验图2所讲的那样)。 从Pt100传感器中的小信号导致的噪声问题跟热电偶的是相似的,注意和解决的方法也是一样的。 最后一点大家没有注意到的是两个不同补偿曲线的存在。DIN 43760 标准, 也称为“欧洲曲线”,对于一个Pt100来说是0.385 Ω/℃ ,然而还有一种基于更高纯的的铂金线叫“美国曲线”(经常作为参考的标准),它定义了温度的有效值是 0.392 Ω/℃。在这两者当中,欧洲曲线是占统治地位的(即使是在美国),很多测量仪器是对它进行补偿的。要不然,一个具有美国曲线的prt可仪器却是对欧洲曲线传感器进行补偿,就会产生一个小的误差。 热敏电阻 很多人都不公正低评判热敏电阻是不精确的传感器。这也许在过去是真理,过去热敏电阻在最好的状态下也有5%的公差存在。对于精度要求很高的测量上RTD还是最好的选择。但现代的热敏电阻不会落后太多。拥有0.1 ℃精度的热敏电阻现在普遍存在而且还具有非常合理的价格。它们有非常快的响应时间和相比RTD每摄氏度具有更高的输出。 和RTDs一样,热敏电阻也利用了材料中的电阻是随着温度的变化而变化。大部分热敏电阻采用金属氧化物,具有负温度系数(NTC)。热敏电阻提供了一个相对高的精度(0.1至1.5 ℃)但是使用范围一般限制在-100至300 ℃。没有一种热敏电阻能够超越这个范围而且缺乏标准化也意味着传感器和仪器经常得一起买。热敏电阻的响应是非线性的,而且跟RTD一样,由于自产热的原因,我们要避免太大的励磁电流经过热敏电阻。 跟仪器连接的方式是一个简单的两线制配置,不像RTDs,我们不必补偿引线电阻,对热敏电阻来说,引线电阻太小了(一般是1到100KΩ)。 热敏电阻,因为它的高灵敏性,是测量温度缓慢变化的理想材料,特别更适用在定性测量中。 测量装备和校准 已经考虑了适用的传感器之后,接下来就要看测量设备了。这里我们要检查仪器的精度规格,不同的仪器类型和制造商有很大的差别。在某些情况下,比如使用铂电阻RTD,大部分系统误差都是由仪器造成的。而当使用热电偶时,测量设备的误差相比传感器误差要小的多。对热电偶来说,因为其对照曲线是针对某些特殊的设备,因此经常是从生产商那一起搭配传感器和仪器。 对于精确测量,校准是必须的,而且作为一个系统传感器和仪器设备应该一起做校准。 总结 通过良好地使用、合适的校准传感器和仪器来实现高精度的温度测量是完全可以的。但是,实现的大前提是测量前要正确地掌握仪器和传感器的使用方法。
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    2015-8-17 16:11
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         日前,新成公司迎来CQC审核人员,对生产现场和各项资料进行了严格审查。      6月17日,新成公司产品:负温度系数热敏电阻器(NTC),CQC安全标准认证年审通过。      客观、独立和公正是CQC认证工作的基本原则。      CQC遵守国家认证认可相关法律法规和各相关方的要求及规范,内部建立运行完整的质量管理体系,通过保证公正性的组织结      构,确保CQC以高度的诚信实施认证业务。      这是新成对产品品质坚持卓越追求的认可,也是公司全体同仁努力的结果。      新成电子关注客户的需求,解决客户的问题;以我们的产品和服务为客户创造价值,同发展共繁荣。
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