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热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂封面技术图

分压电阻、ADC参考和阻温表都核对过,温度读数还是在连续采样后慢慢上升。此时别急着重做拟合曲线,先算热敏电阻自己消耗了多少功率。测量电流流过阻值就会产生热量,器件温度一旦高于被测对象,换算结果必然带偏。这个误差与软件公式无关,而由激励功率、散热路径、安装方式和采样时间共同决定。

测量动作本身就是一个小加热器

热敏电阻不是无功耗传感器。连续分压时,器件功耗可按端电压与电流或I²R估算;功率通过封装、引线、胶层和周围介质散出。功耗越大、热阻越高,器件相对环境的温升越明显。NTC自热后阻值下降,按查表会被解释为温度升高;PTC则可能向相反方向变化。即使最终温升不大,启动后的热过程也会形成缓慢漂移,表现得很像参考源或ADC零点不稳定。

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂正文技术图1:不同封装的热敏电阻实物说明,体积、引线和包封都会改变散热条件。

图1 不同封装的热敏电阻实物说明,体积、引线和包封都会改变散热条件。

耗散系数只能在规定环境里使用

器件手册常给出耗散系数和热时间常数。耗散系数描述在指定介质与安装条件下,让器件升高单位温度所需的功率;热时间常数描述温度追随环境的速度。空气中、液体中、贴在铜面上或埋进电池包,数值可能差很多。用手册典型值估算后,还要按实际封装、灌封、风速和接触面积修正。把悬空珠状NTC的数据直接套到贴片NTC,会得到看似精确却不可靠的误差预算。

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂正文技术图2:珠状、轴向和功率型热敏器件对比,可直观看出热容量与散热路径差异。

图2 珠状、轴向和功率型热敏器件对比,可直观看出热容量与散热路径差异。

降低平均激励,不必牺牲所有信噪比

最直接的方法是增大分压电阻或减小恒流源电流,但信号幅度也会下降。更实用的办法是只在采样前短时打开激励:等待节点电容和前端放大器稳定后快速采样,再关闭电源。这样瞬时信号仍足够大,平均自热显著减小。等待时间要覆盖RC稳定,却应远短于明显热升温;采样周期也要覆盖最坏刷新需求。若多个传感器复用激励,开关漏电、导通电阻和通道残留电荷还需进入误差预算。

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂正文技术图3:热敏电阻符号与分压关系图用于核对激励、采样节点和关断路径。

图3 热敏电阻符号与分压关系图用于核对激励、采样节点和关断路径。

用两组实验把自热与环境漂移分开

保持环境稳定,分别用连续激励和低占空比激励记录从上电开始的阻值曲线。若连续激励的读数缓慢偏移,而脉冲激励明显减小,基本可以锁定自热。再改变分压电阻或恒流值,验证温升是否随功耗变化。实验时记录空气流动、安装胶、铜面积和采样时刻,不用手指触碰器件。对贴附测温,还要比较传感器与被测表面的热接触,以及它对外界空气的暴露,避免“测到自己和空气的混合温度”。

热敏电阻阻值没算错,测温结果却一直往上漂正文技术图4:不同尺寸的真实热敏元件用于规划对照样品和安装方式。

图4 不同尺寸的真实热敏元件用于规划对照样品和安装方式。

把自热写进完整误差预算

温度误差除了阻值容差、B值容差、参考电阻、ADC量化和参考源误差,还应单列自热项。先用最大供电、最小串联阻值和传感器在目标温区内的阻值计算最坏功耗,再结合经过验证的热阻或耗散系数估算温升。若系统在高温端阻值很小,功耗不一定仍是最大,需要扫过整个温区。校准也不能自动消除自热:校准时与量产安装、激励时序不同,补偿值会失效。传感器用于保护阈值时,还要核对响应速度;把激励降得太低或滤波设得太慢,虽减少噪声与自热,却可能推迟真正的过温动作。传感器引线同样会改写热模型。细长引线降低通过焊点导热的能力,宽铜面则可能把PCB温度更强地带给传感器;灌封胶既改善与被测物接触,也可能增加热容量、减慢响应。若目标是测空气温度,周围自热芯片和铜面会形成偏置;若目标是测功率器件壳温,传感器又应尽量隔绝气流。布局评审要明确温度究竟属于哪个物体,再决定铜面积、开槽、胶层和固定压力。软件滤波只能平滑噪声,无法区分真实升温与自热,反而可能让缓慢偏差更难被看见。生产测试可用两个激励档快速对照,读数差异异常的样品优先检查安装和漏电。电路断电时还要检查测量节点是否被其他IO或保护二极管反向供电。微小漏电在高阻热敏分压中也会变成明显温差,且常随湿度、板面污染和温度变化。清洁、守护环和输入漏电规格都应进入高阻端验证。

热敏电阻读数缓慢上漂时,先把功耗和时间画出来。公式算对只解决了电阻到温度的转换,器件是否仍代表被测对象的温度,要由热路径证明。

你们的测温设计评审表里,会把传感器自热温升单独列成一项吗?


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