NTC热敏电阻测试注意事项

文章来源 : 广东优科检测 发表时间:2021-08-11

热敏电阻是热敏器件,受所有热能源的影响。它们受环境温度、自热、传导热、热辐射和太阳辐射等的影响。适当的测试设置围绕着对这些影响进行充分控制,并将其影响量化或最小化。需要关注三个基本方面:温控测试槽的稳定性、独立温度指示器的准确性以及测试本身对热敏电阻的干扰影响。


NTC热敏电阻测试


常规

关于热敏电阻最基本的问题是“它在给定温度下的电阻是多少?”热敏电阻通常浸入精确控制温度的液体浴中,然后测量其电阻。通常不使用气室,因为它们极难稳定和控制。应如何精确控制浴温?


假设 5% 的热敏电阻在 25°C 的曲线上需要电阻。 α 为 4.4%/C。 5% 电阻容差转换为等效温度容差。


5% 除以 4.4% / C° = 1.2 C° 


根据经验,浴槽误差不应大于大约 0.1 C° 的十分之一。如果热敏电阻的温度容差规定为 0.02 C°,则浴槽必须能够承受 0.02 C°。


应该注意的是,恰好在 5% 限值的热敏电阻可能会因浴槽误差而被误报为 5.5%。在 0.2C° 的例子中,它可能被误表示为 0.22C°。当然,浴槽误差有时也可能使热敏电阻看起来更有利。如果这是不可接受的,可以做两件事之一。要么必须将浴槽控制到更可接受的精度,要么必须有测量时实际浴槽温度的校正因子。为了校正温度,使用 alpha 将误差转换为等效电阻,并根据需要从原始电阻读数中添加或减去。


温度校正可能有其自身的缺陷。所有受控热系统中的温度都倾向于在称为系统带宽的狭窄温度范围内漂移或循环。它也可能被称为“沐浴秋千”。为了尽量减少这种影响,操作员可以等到温度恰好达到所需的确切温度,然后快速读取电阻读数。如果温度在一两分钟内的波动不超过十分之一度,这可能是一种有效的方法。


但是,有两个注意事项。首先,独立温度指示器和被测热敏电阻具有相似的结构尺寸、材料和热质量。否则,两个设备将不会相互跟踪或跟踪。更大或更重的设备在温度上会滞后。第二点是温度波动趋于呈正弦曲线,平均值以所需的测试温度为中心。结果是,虽然电阻读数显然是在所需的确切温度下读取的,但它也是循环中变化率最快的点,作为参考,如果允许在一个方向(到边缘之一)摆动到其全范围的系统带宽)那么这将是最稳定的点。事实上,有一段时间,变化率几乎为零,但距离所需温度最远。


液体介质

如果被测热敏电阻和独立温度传感器都在保护外壳中,则可以使用水。如果热敏电阻是裸露的或有裸露的引线,则必须使用不导电的液体,例如矿物油精或油。


在高温领域,有一些注意事项。油类会产生烟雾,应配备通风橱和电源通风系统。它们会闪燃和燃烧,因此应在低于闪点或制造商建议的情况下使用。高品质的热油可能对人员构成危险,因此必须使用固定装置或防溅罩防止或尽量减少飞溅和溢出。


硅油也可用作浴液,但通常避免在电气设备周围使用。油似乎会蠕动或以蒸气形式进入不需要的地方,例如开关和继电器触点。触点工作时通常发生的轻微电弧会分解油,在触点表面留下二氧化硅。由此产生的白色残留物是不导电的,可防止触点闭合和神秘的设备故障。


独立温度传感器

温度浴必须包含一个准确的温度指示器。在客户测试点进行工厂校准的热敏电阻通常是最好的传感器。也可以使用铂电阻灯泡 (RTD),但也必须进行校准。热敏电阻具有更高的 alphas 和更理想的更高电阻值的选择,易于使用。他们的热敏电阻具有更高的电阻值,可最大限度地减少引线误差。热敏电阻的较高 alpha 值也非常重要。热敏电阻的 1% 读数误差仅相当于 0.05°C 的温度误差。相反,铂电阻灯泡上 0.1% 的读数会转化为 3°C 的温度误差。热电偶一般不具备作为参考的精度和稳定性。


NTC热敏电阻测试


自热

为了获得最高信号,最好在考虑中的热敏电阻上放置“高”测试电压。允许的电压量取决于耗散常数和测试温度下的电阻。


示例:当施加 2 伏电压时,α 为 4.4%/C° 且耗散常数为 1 毫瓦/度的 10K 热敏电阻由于自热而导致的温升是多少?

W = E2 / R 或 mW = E2 /K ohms

mW = 22 / 10 = .4Mw 

温度上升 = 功率 / 耗散常数 = .4 / 1 = .4 C° 上升


对于大多数用途来说,这是一个太大的错误。将电压降低到 1 伏仍然会产生 0.1 C° 的误差。进一步降低到 0.5 伏只会产生 0.025°C 的误差,这在大多数情况下是可以接受的。请注意,随着电压降低,相应的温升会迅速下降。


从普通商用数字万用表 (DMM) 提供给热敏电阻的电流可能很大。有关预期仪表范围,请咨询 DMM 制造商的规范。


示例:通过与上述相同的 10 K 热敏电阻的 100 微安 (100 uA) 的功耗和由此产生的温升是多少?

W = 12 * R

W = (100 * 106)2 * (10,000) = .1mW


.1mW 相当于 1 C° 上升。这太多了,必须寻求替代方案。 DMM 是一种过于方便和准确的仪器,不能很快放弃。根据特殊订单,一些仪器制造商可以将电流设置为较低水平。在耗散常数高一个数量级的较大热敏电阻或探头组件上,由 DMM 电流引起的温升可能可以忽略不计。


玻璃温度计

典型的实验室玻璃温度计不适合热敏电阻测试槽通常要求的精度。带有 10 英寸刻度的 0°C 至 200°C 温度计每 0.050 英寸或小于 16 英寸会有一个度数标记。半度标记大约是一英寸的三十秒,没有什么更实用的了。可读性和准确性不能超过 0.25 C° 的一半。扩展刻度温度计在一定程度上提高了可读性,但仍不能提供所需的精度和准确度。


常见的实验室温度计通常是三英寸浸入式,更精确的类型是完全浸入式(浸入至少达到读数水平)。现在,为了尽量减少浴槽中温度梯度的影响,被测热敏电阻和温度计灯泡必须相邻。如果温度计灯泡在浴缸表面以下 10 英寸左右,这至少是不方便的。玻璃温度计也需要定期校准检查,因为如果暴露在其温度上限,特别是长时间暴露,玻璃会“冷流”。


NTC热敏电阻测试机构


温度梯度

必须最大限度地减少温度梯度和波动,以获得最佳读数精度和可重复性。从这里可以更容易地指出热系统不良的问题,例如热板上的大烧杯。最热点将位于底部表面的中间,远离较冷的一侧。最冷的区域将是靠近轮辋的顶面。这里有蒸发冷却、对流冷却,以及从液面上方烧杯边缘的一些散热。


添加电机驱动是一项重大改进,但应该是螺旋桨式并巧妙驱动以实现最佳混合。


下一个重大改进来自于侧面绝缘和添加绝缘盖。这看起来很直观,因为它极大地减少了蒸发和对流冷却,从而减少了冷点。不太明显的是需要较少的补充热量的好处。加热器本质上是温度梯度的最大贡献者。只有在加热器和浴液之间存在较大温差时,它才能注入所需的热量。较小的热量需求导致加热器和液体之间的温差较小。这转化为较低的热点和较低的梯度。


应仔细选择温度指示传感器的位置。温度曲线可以在垂直平面和水平面上运行,以确定最稳定的区域。这不一定在几何中心。它更有可能离加热器很远,在叶轮的下游,远离侧壁,通常离顶面三英寸左右。被测热敏电阻不仅位于同一区域,而且与指示温度传感器处于完全相同的深度,并尽可能接近它。


在寻求百分之一度的温度梯度的情况下,本土设计通常令人失望。在浴槽几何形状、加热器几何形状和放置、绝缘、油循环和温度控制等方面有太多微妙的方面。哪些最好留给专业供应商。


广东优科检测是专业第三方电子元器件检测认证机构,实验室具备UL 1434、IEC 60539-1、EN 60539、GB/T 6663.1等标准检测资质和检测能力,可提供NTC热敏电阻UL认证、TUV认证、CQC认证、委托测试及技术咨询服务。


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