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NTC热敏电阻性能对额温枪精度的影响

2020-03-20 10:13
来源: 粤讯

额温枪的测温元件是热电堆,作为一种红外温度传感器,热电堆可直接感应红外热辐射,把热量转化为电信号,不需要直接接触被测物体就可以快速测得物体表面温度,封装在热电堆里的NTC热敏电阻是用来测量热电堆的环境温度,并用它作为温度基准的。

热电堆由多个热电偶串联而成,接受红外热辐射的接收面分为若干块,每一块接一个热电偶,各热电偶输出的热电势是互相叠加的,热电偶测量温度时必须要有一个基准温度或者说冷端温度。一般情况下,热电堆的基准温度是25℃。用额温枪测量人体体温时,先把在标准的测试条件下——即被测物体温度为37℃,热电堆基准温度(环境温度)为25℃时测得的输出电压写入单片机的存贮器中,再用实际测量的热电堆输出电压和热电堆所处的环境温度,经过运算来获得被测对象的实际温度。

被测对象的温度与热电堆所处的环境温度之间,存在着以下近似关系:

Tb=Ts+Vout/A

Tb为被测物体的温度(K)

Ts为NTC热敏电阻测得的热电堆所处环境温度(K)

Vout为热电堆的输出电压(V)

A为比例系数

上述公式中的Ts就是封装在热电堆里NTC 热敏电阻测得的环境温度,额温枪测温的精度除去热电堆系统转换误差外,与基准温度也就是热电堆的环境温度的精度密切相关,NTC 热敏电阻测量环境温度精度越高,额温枪最终显示温度的精度就越高,所以NTC热敏电阻对额温枪的测温精度有着重要作用。

用NTC热敏电阻进行温度测量的突出优点是灵敏度非常高、测量精度高、一致性好、价格低廉。而且,由于NTC热敏电阻的尺寸可以做得很小,反应的速度也非常快。

额温枪的生产厂家在出厂前采用标准测试条件对额温枪热电堆的输出电压和热电堆里NTC热敏电阻的阻值进行逐个读取和数据贮存,巧妙地消除了热电堆里NTC热敏电阻25℃时阻值的精度误差,而NTC热敏电阻B值(热敏电阻的热敏指数与其电阻温度系数成正比)的精度,对额温枪偏离25℃环境温度时的测温精度就显得非常重要。

NTC热敏电阻各种B值精度在不同的环境温度时的测量误差见下表:(以R25:100KΩ±3%,B25/50:3950K为例)

NTC热敏电阻性能对额温枪精度的影响

假设造成额温枪测温误差的两个标准温度点的校准误差和器件电路的系统误差暂不考虑,单纯由NTC热敏电阻B值精度误差造成的测温精度误差见下表:(以R25:100KΩ±3%,B25/50:3950K为例)

国家标准中对额温枪的测温精度有明确要求,见下表:

考虑到额温枪两个标准温度点的校准误差和电路器件的系统误差,NTC热敏电阻的性能导致的误差就不得不考虑。从上表可看出,市场上B值精度为±2%的产品是不能满足额温枪精度要求的,B值精度为±1%的NTC热敏电阻达到国家标准也很勉强。所以为满足额温枪测温精度要求,NTC热敏电阻B值精度应尽可能选高。

中电元协(CECA)理事单位南京时恒电子科技有限公司批量生产的NTC热敏电阻,不但阻值精度可达到±0.5%,B值精度也达到±0.2%,采用这款NTC热敏电阻为基准的热电堆,在环境温度从0℃到50℃测温区间,由NTC热敏电阻精度误差导致的测温误差在±0.1℃以内。

NTC热敏电阻作为额温枪里热电堆的温度测量基准,不仅要求B值精度高、批量一致性好,更要求其可靠性要高、稳定性要好。NTC热敏电阻的年漂移率一般必须控制在±0.4%以内,这样由于其漂移造成的温度误差才能小于0.1℃/年。时恒电子生产的NTC热敏电阻年漂移率小于0.04%,由此造成的温度误差小于0.01℃/年,10年累计也不会超过0.1℃。

据了解,时恒电子生产的由这款芯片做成的MF58热敏电阻产品,多年以前就通过了CQC 认证、UL、C-UL 认证,通过了严酷度极高的 UL 标准中 10 万次耐久性寿命测试、通过 AEC-Q200全性能试验、环保 RoHS 检测,这不仅在国内,在国际上也是出类拔萃的。

这类小尺寸的NTC热敏电阻,采用蓝膜包装,适用于邦定、电子焊、插件浸锡焊等工艺,不仅仅在额温枪用热电堆中,在IGBT模块、信息控制模块、热管式反应器控制器、光通信、半导体激光器/探测器等都有广泛的应用。

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