Перейти к содержанию

Время отклика датчика (τ63)

Датчик температуры не показывает новую температуру сразу: он сам должен нагреться или остыть. Поэтому в даташитах дают время отклика — обычно до 63 % скачка. По нему можно понять, сколько ждать после включения и почему быстрый процесс датчик сглаживает.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Время отклика датчика — время, за которое его показания проходят заданную долю скачка измеряемой величины. Чаще всего дают τ63 — время до 63 % скачка; это постоянная времени экспоненциального процесса, которым описывается нагрев датчика или проникновение влаги в чувствительный слой.

Экспонента

Если температура среды скачком изменилась с T₀ до T₁, показания датчика первого порядка идут к новому значению так:

T(t)=T1−(T1−T0)⋅e−t/τT(t) = T_1 - (T_1 - T_0) \cdot e^{-t/\tau}

Пример: термистор с тепловой постоянной 15 с перенесли из комнаты (20 °C) в воздух с температурой 30 °C. Через 15 с он покажет около 26,3 °C, через 45 с — 29,5 °C, и только через 75 с (5τ) ошибка станет меньше 0,1 °C. Если опрашивать его раньше, ошибка будет больше заявленной точности.

Что дают в даташитах

ДатчикВремя откликаУсловия
Sensirion SHT4x, влажность4 с (63 %)25 °C, поток воздуха 1 м/с
Sensirion SHT4x, температура2 с (63 %)зависит от монтажа
Vishay NTCLE100E3, NTC-термистор1,2 св масле
Vishay NTCLE100E315 степловая постоянная, справочно

Все эти числа получены в определённых условиях: поток воздуха, масляная ванна, датчик на тонкой плате. Sensirion прямо пишет, что в применении время отклика зависит от того, как датчик установлен. Корпус прибора, плата и защитная крышка добавляют свою тепловую массу и замедляют отклик.

Связь с другими параметрами

Время отклика не путают со временем установления электронной части: АЦП датчика может выдавать отсчёт за миллисекунды, но сам чувствительный элемент догоняет температуру секундами. Чем лучше датчик связан со средой, тем меньше и время отклика, и самонагрев — оба определяются одним и тем же тепловым сопротивлением. О выборе датчиков — в разделах датчиков температуры и влажности.

Частые вопросы

Что значит время отклика 63 %?

Это постоянная времени τ экспоненциального процесса: после скачка измеряемой величины показания проходят 63 % разницы за τ, 86 % за 2τ, 95 % за 3τ и 99,3 % за 5τ. Значение 63 % не случайно — это 1 − 1/e. Чтобы ошибка после скачка стала меньше 1 %, ждут около 5τ.

Почему у термистора время отклика в масле 1,2 с, а в воздухе 15 с?

Время отклика зависит не только от датчика, но и от того, как быстро среда отдаёт ему тепло. Масло отводит и подводит тепло намного лучше спокойного воздуха, поэтому Vishay даёт для NTCLE100E3 два числа: 1,2 с в масле и тепловую постоянную времени 15 с. В корпусе прибора она может быть ещё больше.

Как ускорить отклик датчика на плате?

Уменьшить его тепловую массу и улучшить тепловой контакт с измеряемым объектом. TI для TMP117 отмечает, что пайка тепловой площадки к плате ускоряет отклик и уменьшает разницу температур, но добавляет механическое напряжение. Датчик влажности ставят так, чтобы к нему был доступ воздуха.

Источники

  1. Sensirion. SHT4x Datasheet, Version 7.3, June 2026 — табл. 1, сноска 9: время отклика влажности — время достижения 63 % скачка влажности при 25 °C и потоке воздуха 1 м/с, в применении зависит от монтажа; история изменений (август 2023): время отклика RH снижено до 4 с; табл. 2: время отклика температуры 2 с (63 %), сноска 12: зависит от теплопроводности основания и монтажа датчика
  2. Vishay. NTCLE100E3 NTC Thermistors, Radial Leaded, doc. 29049 (rev. 07-May-2025) — с. 1, Quick Reference Data: время отклика в масле 1,2 с, тепловая постоянная времени 15 с (справочно), коэффициент рассеяния 7 мВт/К (справочно)
  3. Texas Instruments. TMP117 High-Accuracy, Low-Power, Digital Temperature Sensor, SNOSD82D (September 2022) — разд. 10.1: пайка тепловой площадки к плате уменьшает тепловое сопротивление, ускоряет отклик на изменение температуры и уменьшает разницу температур датчика и объекта, но добавляет механическое напряжение — источник ошибки

Нашли ошибку?

Смотрите также