NTC 서미스터: 시간 상수 및 응답 시간
Aug 21, 2025NTC 서미스터를 테스트하거나 적용할 때 종종 두 가지 매개변수가 나타납니다. 열 시간 상수(τ)과 반응 시간. 두 개념 모두 센서의 동적 온도 반응을 나타내며, 밀접한 관련이 있지만 정의는 다릅니다. 두 개념의 관계를 이해하려면 개념적 정의와 수학적 모델을 모두 살펴봐야 합니다.
1. 주요 정의
1)열 시간 상수(τ):열 시간 상수는 센서의 열 관성을 정량화합니다. 이는 다음과 같이 정의됩니다. 급격한 온도 변화에 노출되었을 때 센서가 초기 상태와 새로운 안정된 환경 사이의 총 온도 차이의 63.2%에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.
τ가 작을수록 서미스터는 온도 변화에 더 빨리 반응합니다. τ가 클수록 열 관성이 커지고 반응 속도가 느려집니다. 영향을 미치는 요인 τ: 센서 크기(더 작은 센서 → 더 작음) τ)캡슐화 재료(열전도도 향상 → 소형화) τ)주변 매체(액체는 일반적으로 더 작은 것을 생성합니다. τ (열전도도가 공기보다 높아서)
2)응답 시간: 응답 시간은 실용적인 애플리케이션 중심 매개변수입니다.
정의는 다음과 같습니다. 서미스터의 출력이 최종 온도의 특정 비율(예: 90%, 95%, 99%)에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.
산업마다 채택하는 표준이 다릅니다. 의료 기기는 종종 90%의 응답 시간을 사용합니다. 산업용 애플리케이션은 95%가 필요할 수 있습니다. 고정밀 애플리케이션은 때때로 99% 이상을 사용합니다. 따라서 응답 시간은 상대적이며 선택한 안정성 백분율에 따라 달라집니다.
2. 수학적 관계
열 반응 NTC 센서 1차 지수 모델로 근사화할 수 있습니다.
T(t)=T0 +(T∞−T0)·(1−et/τ)
어디:
T(t): 시간 t에서의 센서 온도
T0: 초기 온도
T∞: 최종 안정 온도
τ: 열 시간 상수
주요 시점:
시간 | 온도변화율(목표온도차 도달률) | 해당 시나리오(응답 시간 정의) |
t=τ | 63.2% | 정의 τ |
t=2τ | 86.5% | 어떤 경우에는 "빠른 대응" |
t=3τ | 95.0% | 산업 표준 |
t=5τ | 99.3% | 고정밀 |
t=7τ | 99.91% | 기본적으로 완전한 안정화 |
따라서: 90% 응답 ≈ 2.3τ;95% 응답 ≈ 3τ;99% 응답 ≈ 5τ.
응답 시간은 본질적으로 배수입니다. τ안정성 기준에 따라 달라집니다.
3. 관계 요약
1) 기초 대 응용: 열 시간 상수(ττ)은 기본 매개변수이고, 응답 시간은 여기에서 파생됩니다.
2) 비례성: 감소하는 모든 요소 τ (예: 더 작은 크기, 더 나은 열 전도) 또한 비례적으로 응답 시간을 줄여줍니다.
3) 고정 vs 상대: τ 는 서미스터와 그 주변 환경의 고정된 속성입니다. 응답 시간은 상대적이며 정의(90%, 95%, 99% 등)에 따라 달라집니다.
4. 예 – Shiheng Electronics MF51E 503F3950
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열 시간 상수 τ = 0.8초
90% 응답 시간 ≈ 2.3 × 0.8 = 1.84초;95% 응답 시간 = 3 × 0.8 = 2.4초;99% 응답 시간 = 5 × 0.8 = 4.0초;99.91% 응답 시간 = 7 × 0.8 = 5.6초.
이 초고속 NTC 서미스터는 약 5.6초 이내에 정확한 체온 측정이 가능하므로 의료용 온도계에 적합합니다.
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