NTCサーミスタ:時定数と応答時間
Aug 21, 2025NTCサーミスタをテストまたは適用する場合、2つのパラメータが頻繁に登場します。熱時定数(τ)と応答時間です。どちらもセンサーの動的な温度応答を表すもので、密接に関連しているものの、定義は異なります。これらの関係を理解するには、概念的な定義と数学モデルの両方を検討する必要があります。
1.主な定義
1)熱時定数(τ熱時定数は、センサーの熱慣性を定量化したものです。これは、急激な温度変化を受けたセンサーが、初期状態と新しい安定した環境との間の総温度差の63.2%に達するのに必要な時間として定義されます。
τが小さいほど、サーミスタは温度変化に速く反応します。τが大きいほど、熱慣性が大きくなり、応答が遅くなります。影響する要因 τ: センサーサイズ(センサーが小さい → 小さい τ)封止材(熱伝導率が高い → より小さい τ)周囲の媒体(液体は一般的に小さい τ 熱伝導率が高いため空気よりも
2)応答時間:応答時間は実用的なアプリケーション指向のパラメータです。
定義:サーミスタの出力が最終温度の特定のパーセンテージ (例: 90%、95%、99%) に達するのに必要な時間。
業界によって採用される標準は異なります。医療機器では、90% の応答時間がよく使用されます。産業用アプリケーションでは、95% が求められる場合があります。高精度アプリケーションでは、99% 以上が使用されることもあります。したがって、応答時間は相対的であり、選択した安定性のパーセンテージによって異なります。
2. 数学的な関係
熱応答は NTCセンサー 一次指数モデルで近似できる。
T(t)=T0 +(T∞−T0)·(1−et/τ)
どこ:
T(t): 時刻tにおけるセンサー温度
T0: 初期温度
T∞: 最終安定温度
τ: 熱時定数
重要な時点:
時間 | 温度変化率(目標温度差に到達する割合) | 対応するシナリオ(応答時間の定義) |
t=τ | 63.2% | の定義 τ |
t=2τ | 86.5% | 場合によっては「迅速な対応」 |
t=3τ | 95.0% | 工業規格 |
t=5τ | 99.3% | 高精度 |
t=7τ | 99.91% | 本質的に完全な安定化 |
つまり、90%の応答 ≈ 2.3τ;95%の回答 ≈ 3τ;99%の応答 ≈ 5τ.
応答時間は基本的に τ安定性の基準に応じて異なります。
3. 関係の概要
1) 基礎と応用:熱時定数(ττ) が基本パラメータであり、応答時間はそこから導き出されます。
2) 比例性: 減少する要因 τ (例: サイズが小さくなり、熱伝導性が向上する) も比例して応答時間を短縮します。
3) 固定 vs 相対: τ はサーミスタとその環境の固定特性であり、応答時間は相対的であり、定義(90%、95%、99% など)によって異なります。
4. 例 – Shiheng Electronics MF51E 503F3950
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熱時定数 τ = 0.8秒
90% 応答時間 ≈ 2.3 × 0.8 = 1.84 秒;95% 応答時間 = 3 × 0.8 = 2.4 秒;99% 応答時間 = 5 × 0.8 = 4.0 秒;99.91% 応答時間 = 7 × 0.8 = 5.6 秒。
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