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Beim Testen oder Anwenden von NTC-Thermistoren treten häufig zwei Parameter auf: die thermische Zeitkonstante (τ) und Reaktionszeit. Beide beschreiben die dynamische Temperaturreaktion des Sensors und sind zwar eng miteinander verbunden, werden aber unterschiedlich definiert. Um ihre Beziehung zu verstehen, müssen sowohl die konzeptionellen Definitionen als auch das mathematische Modell betrachtet werden.

1.Wichtige Definitionen

1）Thermische Zeitkonstante (τ): Die thermische Zeitkonstante quantifiziert die thermische Trägheit des Sensors. Sie ist definiert als: Die Zeit, die der Sensor benötigt, um 63,2 % der gesamten Temperaturdifferenz zwischen seinem Ausgangszustand und einer neuen stabilen Umgebung zu erreichen, wenn er einer plötzlichen Temperaturänderung ausgesetzt wird.

Ein kleinerer τ bedeutet, dass der Thermistor schneller auf Temperaturänderungen reagiert. Ein größerer τ bedeutet eine größere thermische Trägheit und eine langsamere Reaktion. Faktoren, die die τ: Sensorgröße (kleinere Sensoren → kleiner τ)Verkapselungsmaterial (bessere Wärmeleitfähigkeit → kleiner τ)Umgebendes Medium (Flüssigkeiten ergeben im Allgemeinen kleinere τ als Luft aufgrund höherer Wärmeleitfähigkeit)

2）Reaktionszeit: Die Reaktionszeit ist ein praktischer, anwendungsorientierter Parameter.

Es wird wie folgt definiert: Die Zeit, die der Ausgang des Thermistors benötigt, um einen bestimmten Prozentsatz der Endtemperatur zu erreichen (z. B. 90 %, 95 %, 99 %).

In verschiedenen Branchen gelten unterschiedliche Standards: Bei medizinischen Geräten wird häufig eine Reaktionszeit von 90 % verwendet. Industrielle Anwendungen können 95 % erfordern. Hochpräzise Anwendungen verwenden manchmal 99 % oder mehr. Daher ist die Reaktionszeit relativ und hängt vom gewählten Stabilitätsprozentsatz ab.

2. Mathematische Beziehung

Die thermische Reaktion eines NTC-Sensor kann durch ein Exponentialmodell erster Ordnung angenähert werden:

T(t)=T0 +(T∞−T0)·(1−et/τ)

Wo:

T(t): Sensortemperatur zum Zeitpunkt t

T0: Anfangstemperatur

T∞: endgültige stabile Temperatur

τ: thermische Zeitkonstante

Wichtige Zeitpunkte:

Somit: 90% Antwort ≈ 2,3τ；95 % Antwort ≈ 3τ；99 % Antwort ≈ 5τ.

Die Reaktionszeit beträgt im Wesentlichen ein Vielfaches von τ, abhängig vom Stabilitätskriterium.

3. Zusammenfassung der Beziehung

1) Grundlage vs. Anwendung: Die thermische Zeitkonstante (ττ) ist der Basisparameter; die Reaktionszeit wird daraus abgeleitet.

2) Verhältnismäßigkeit: Jeder Faktor, der τ (z. B. kleinere Größe, bessere Wärmeleitung) reduziert auch proportional die Reaktionszeit.

3) Fest vs. relativ: τ ist eine feste Eigenschaft des Thermistors und seiner Umgebung; die Reaktionszeit ist relativ und hängt von der Definition ab (90 %, 95 %, 99 % usw.).

4. Beispiel – Shiheng Electronics MF51E 503F3950

Thermische Zeitkonstante τ = 0,8 s

90 % Reaktionszeit ≈ 2,3 × 0,8 = 1,84 s; 95 % Reaktionszeit = 3 × 0,8 = 2,4 s; 99 % Reaktionszeit = 5 × 0,8 = 4,0 s; 99,91 % Reaktionszeit = 7 × 0,8 = 5,6 s.

Dieser ultraschnelle NTC-Thermistor ermöglicht eine genaue Körpertemperaturmessung innerhalb von ~5,6 Sekunden und ist daher ideal für medizinische Thermometer.

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