NTC熱敏電阻在額溫槍中的應用原理解析

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NTC熱敏電阻在額溫槍中的應用原理解析

佚名 發表於 2020-04-13 08:42:51

額溫槍的測溫元件是熱電堆，作為一種紅外溫度傳感器，熱電堆可直接感應紅外熱輻射，把熱量轉化為電信號，不需要直接接觸被測物體就可以快速測得物體表面溫度，封裝在熱電堆裡的NTC熱敏電阻是用來測量熱電堆的環境溫度，並用它作為溫度基準的。

熱電堆由多個熱電偶串聯而成，接受紅外熱輻射的接收面分為若干塊，每一塊接一個熱電偶，各熱電偶輸出的熱電勢是互相疊加的，熱電偶測量溫度時必須要有一個基準溫度或者說冷端溫度。一般情況下，熱電堆的基準溫度是25℃。用額溫槍測量人體體溫時，先把在標準的測試條件下——即被測物體溫度為37℃，熱電堆基準溫度（環境溫度）為25℃時測得的輸出電壓寫入單片機的存貯器中，再用實際測量的熱電堆輸出電壓和熱電堆所處的環境溫度，經過運算來獲得被測對象的實際溫度。

被測對象的溫度與熱電堆所處的環境溫度之間，存在著以下近似關係：

Tb=Ts+Vout/A

Tb為被測物體的溫度(K)

Ts為NTC熱敏電阻測得的熱電堆所處環境溫度(K)

Vout為熱電堆的輸出電壓(V)

A為比例係數

上述公式中的Ts就是封裝在熱電堆裡NTC 熱敏電阻測得的環境溫度，額溫槍測溫的精度除去熱電堆系統轉換誤差外，與基準溫度也就是熱電堆的環境溫度的精度密切相關，NTC 熱敏電阻測量環境溫度精度越高，額溫槍最終顯示溫度的精度就越高，所以NTC熱敏電阻對額溫槍的測溫精度有著重要作用。

用NTC熱敏電阻進行溫度測量的突出優點是靈敏度非常高、測量精度高、一致性好、價格低廉。而且，由於NTC熱敏電阻的尺寸可以做得很小，反應的速度也非常快。

額溫槍的生產廠家在出廠前採用標準測試條件對額溫槍熱電堆的輸出電壓和熱電堆裡NTC熱敏電阻的阻值進行逐個讀取和數據貯存，巧妙地消除了熱電堆裡NTC熱敏電阻25℃時阻值的精度誤差，而NTC熱敏電阻B值（熱敏電阻的熱敏指數與其電阻溫度係數成正比）的精度，對額溫槍偏離25℃環境溫度時的測溫精度就顯得非常重要。

NTC熱敏電阻各種B值精度在不同的環境溫度時的測量誤差見下表：（以R25：100KΩ±3%，B25/50：3950K為例）

假設造成額溫槍測溫誤差的兩個標準溫度點的校準誤差和器件電路的系統誤差暫不考慮，單純由NTC熱敏電阻B值精度誤差造成的測溫精度誤差見下表：（以R25：100KΩ±3%，B25/50：3950K為例）

國家標準中對額溫槍的測溫精度有明確要求，見下表：

考慮到額溫槍兩個標準溫度點的校準誤差和電路器件的系統誤差，NTC熱敏電阻的性能導致的誤差就不得不考慮。從上表可看出，市場上B值精度為±2%的產品是不能滿足額溫槍精度要求的，B值精度為±1%的NTC熱敏電阻達到國家標準也很勉強。所以為滿足額溫槍測溫精度要求，NTC熱敏電阻B值精度應儘可能選高。

中電元協（CECA）理事單位南京時恆電子科技有限公司批量生產的NTC熱敏電阻，不但阻值精度可達到±0.5%，B值精度也達到±0.2%，採用這款NTC熱敏電阻為基準的熱電堆，在環境溫度從0℃到50℃測溫區間，由NTC熱敏電阻精度誤差導致的測溫誤差在±0.1℃以內。

NTC熱敏電阻作為額溫槍裡熱電堆的溫度測量基準，不僅要求B值精度高、批量一致性好，更要求其可靠性要高、穩定性要好。NTC熱敏電阻的年漂移率一般必須控制在±0.4%以內，這樣由於其漂移造成的溫度誤差才能小於0.1℃/年。時恆電子生產的NTC熱敏電阻年漂移率小於0.04%，由此造成的溫度誤差小於0.01℃/年，10年累計也不會超過0.1℃。

據了解，時恆電子生產的由這款晶片做成的MF58熱敏電阻產品，多年以前就通過了CQC 認證、UL、C-UL 認證，通過了嚴酷度極高的 UL 標準中 10 萬次耐久性壽命測試、通過 AEC-Q200全性能試驗、環保 RoHS 檢測，這不僅在國內，在國際上也是出類拔萃的。

這類小尺寸的NTC熱敏電阻，採用藍膜包裝，適用於邦定、電子焊、插件浸錫焊等工藝，不僅僅在額溫槍用熱電堆中，在IGBT模塊、信息控制模塊、熱管式反應器控制器、光通信、半導體雷射器/探測器等都有廣泛的應用。

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