ntc热敏电阻在风速测量、液位测量中的应用-华巨电子


ntc热敏电阻自热及耗散系数的特性  


       测量耗散系数δ时,“国标”要求在静止的空气中进行。通常是在规定容器的玻璃框罩内进行测量。当我们做实验时可以观察到一些现象,在一个空气相对稳定(感 觉不到流动的空气)的室内,玻璃框内的温度与室温一致。先测量零功率电阻值,当摘掉玻璃框罩后,电阻值未发生变化;然后测量耗散系数,当自热达到热平衡 时,即通过NTC热敏电阻的电流和它的端电压呈稳定状态,当摘掉玻璃框罩后,电流或端电压出现波动,失去稳定状态。说明室内微弱的同温度气流影响了耗散系数,而未 影响零功率电阻值。显然,NTC热敏电阻产生自热之后出现对流动空气的敏感反映,这是一个可以利用的特性。

ntc热敏电阻液位测量方面的工作原理


       气体和液体是明显不同的介质, 运用NTC热敏电阻在对它们进行测量时,如果可以分辨出这两种介质,就解决了液位测量的问题。NTC在非自热状态也就是零功率状态下测量温度时,是无法根据测量结 果判断被测对象的是什么介质。当NTC处于自热状态时,在介质温度相同的情况下,NTC热敏电阻在不同的介质中耗散系数(δ)是不同的,当NTC热敏电阻被置于不同的介质 中时,相同电气条件下会出现不同的电性能反映,这是测量液位的基本依据。


       以相同温度的水和空气为例,在同一电气条件下,例如给NTC提供一个恒定电流,使其在空气中产生自热,热平衡之后NTC热敏电阻两端电压相对稳定,接着,将它放入 水中,两端电压上升。因为NTC从空气中进入水中后,温度下降,导致阻值上升,端电压升高。水的热容量是空气的2.5倍, NTC在水中的自热温度要达到与空气一样的自热温度需要2.5倍的功率。


       在实际的液位测量中,水和空气的温度往往不一致,当空气温度偏低,而水温偏高时,根据电压值的大小则无法判断NTC是在水中还是在空气中。然而,对于一个 温度点而言,NTC在水中和空气中分别有个两电压值,换言之,当我们知道一个温度点,同时又预先知道这个温度点上水和空气分别的电压值,就可以根据所测量 到的电压值判断NTC是在水中还是在空气中。也就是说,测量液位的过程中还必须同时测量温度,而一般情况下,NTC在自热状态下不能测量温度,这就需要增 加一个测量温度的NTC。利用两只NTC,一只处于非自热状态,另一只处于自热状态,经过电子电路的处理就可以对水位进行测量了。同理,其它气体和液体介 质的液位测量的问题都可以得到解决。


       需要指出,设计液位测量电路需要完成一些基础性的工作,原因是不同电路的NTC所处于的自热状态不一定一样,需要通过试验或计算获取测量温度范围内每个温 度点上两种介质的电气参数,为两个对应系列。通常,先明定测量方案,再确定电路,然后根据电路要求测量或计算出每个温度条件下两种介质的数据。有时模拟电 路需要绘制出NTC在两种介质的温度电压曲线(同一温度参照系中的曲线),而数字及单片机电路需要对两种介质的电气参数列表。


ntc热敏电阻风速测量原理


       根据上述对耗散系数δ测量的描述,NTC热敏电阻处于自热状态中对空气流动表现的敏感性,表明它具有测量风速的潜力。在同一温度和电气条件下,例如在稳定的室温环 境下,给NTC提供一个产生自热的恒定电流)。首先将NTC置于静止空气中,此时端电压最小,然后将风速由小到大逐渐增加,相应地,端电压逐渐升高。因为流动的空气使NTC热敏电阻的自热温度下降,阻值增加,空气流速越大,温度下降越明显,阻值增加更显著,反过来,当我们知道NTC热敏电阻自热下降的程度(端电压值的大 小)就可以知道风速的大小,这就是NTC热敏电阻测量风速的基本原理。


       实际测量时空气的温度是不同的,因为空气温度的下降也会导致自热温度的下降,所以测量风速的时候同时要测量空气温度。一旦知道空气温度,同时又知道在这一 温度条件下随风速增加而自热温度下降的参数(端电压值的大小),经过对这两个数据的处理就就可以完成对风速的测量。


       与液位测量一样,风速测量也要完成一些基础工作。不过,风速测量的基础或计算工作量比液位测量要多许多倍,液位测量只需获取两种介质不同温度下的参数,也 就是两组数据,而风速测量必需获取测量(风速、温度)范围内的每个温度点上不同风速的数据,为一个族系列。


ntc热敏电阻在其他场合的应用


       NTC热敏电阻除了用于温度测量之外,测量液位和风速也有许多可比优势,具有取代其它测量及控制方式的潜力。


       热水壶、咖啡壶、加湿器等家电的缺水报警都可以考虑采用NTC热敏电阻的液位测量技术。


       NTC热敏电阻还可以广泛应在测量风速及风量的场所,特点是不仅价格低廉,而且电路结构极为简单。例如:

①家用空调器的过滤网除尘提示。安装在出风口的NTC热敏电阻检测风速,当检测到的风速与风量挡位的风速相比降低到了规定的幅度,提示用户清洁过滤网;

②同样的思路也可以实现吸尘器的除尘提示;

③燃气热水器的排风监测。 当NTC检测到排风停止(或被堵)的故障时,切断气源及报警;

④ 冷气计量,对集中冷气供应系统进行单独计量,出风口安装的NTC计量风速(再考虑风口面积、平均风速等因素),能够实现集中供冷分别计费。

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