CN115307768B - 一种ntc检测时间补偿算法 - Google Patents
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Abstract
一种NTC检测时间补偿算法，应用该算法的系统起码包括NTC元件和电控板，电控板是用来检测读取NTC检测到数值；该NTC检测时间补偿算法的计算过程包括：根据传热过程，计算NTC每一时刻的累计换热量；计算出某时刻的温度之后将该时刻设定为T0时刻，得到热量输出随时间的方程；得到环境温度和NTC晶核温度的关系，该相关关系中包含时间常数τ；不同测试样品的NTC测试中，环境温度和NTC晶核关系的时间常数τ不同，需要实验测定，该时间常数τ的时间间隔可以根据需要调整不同的时间间隔；后续需要检测温度时使用已经测定时间常数τ的关系式进行计算。利用该补偿算法，可以在加热的初期极短时间内就获得检测温度，极大地缩短了检测的反应时间。
Description
【技术领域】
本发明涉及小型电子产品的加热控制技术，尤其涉及加热体的即热控制算法。
【背景技术】
随着经济的发展，生活水平的提升，即热饮水的便捷、节能的优点逐渐走入人们的生活中。这种即热式饮水机的温度精确控制、快速到达目标温度并直接出水都是设定系统的关键参数并控制运行的结果。
饮用水加热设备中，如需精准控温的情况下都会配置温度检测元器件，而NTC是其中常见的一种方式，NTC(Negative Temperature Coefficient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料；这种材料常常用在温度检测上，但是用于检测时由于材料会有氧化、不能接触水等因素，且其本身有一定的热容量，会导致的问题就是在实际使用时有明显的延迟。而由于延迟则会带来整体系统在对加热时间、温度的精准控制上产生偏差，导致系统最终的结果偏离实际情况，不利于系统对加热时间、温度和出水情况的精准控制。
【发明内容】
本发明针对这一技术问题，本发明拟通过NTC检测值微分，即为测试检测值的导数确定的算法，来避免热量传递带来的明显的延迟，通过算法直接确定在初始延迟时应该测算到的温度，大幅缩短NTC温度变化到稳定时所需要的时间，实现快速检测。
NTC温度检测需要整体温度到达目标温度才能检测出来，但是热源传递到晶核需要时间，热量传导NTC内部的过程是外界给NTC充能的过程，根据热流密度传递规律可以得到热流量与温差的关系；根据热量的充能过程，得到NTC上的实际温度随时间的关系，反推出相同时间计算过程。
本发明所涉及的一种NTC检测时间补偿算法，应用该算法的系统起码包括NTC元件和电控板，其中NTC元件是目标测试样品，在不同温度有不同的电阻，电控板是用来检测读取NTC检测到数值；
该NTC检测时间补偿算法的计算过程包括：
步骤一：根据传热过程，也就是热流密度计算NTC每一时刻的累计换热量；
步骤二：计算出某时刻的温度之后将该时刻设定为T0时刻，得到热量输出随时间的方程；
步骤三：根据步骤二得到环境温度和NTC晶核温度的关系；该相关关系中包含时间常数τ；
步骤四：不同测试样品的NTC，步骤三中，环境温度和NTC晶核关系中的时间常数τ不同，需要实验测定，该时间常数τ的时间间隔可以根据需要调整不同的时间间隔；
步骤五：后续需要检测温度时使用已经测定时间常数τ的关系式进行计算其中步骤一中：
根据热流密度等于热流量除以导热面积：
得出单位时间内的热流量：
那么根据热流量，乘以加热时间即可得累计换热量：
q——热流密度(w/m2)
φ——热流量(w)
λ——热导率(w/(m·k))
A——导热面积(m2)
R——热阻(k/w)
δ——厚度(m)
T——温差(也叫热压k或者℃)
t——时间
Q——累计换热量。
其中步骤二中：RC为热流响应，C为NTC的热容量，热流响应过程，就是给NTC充热的过程，设t＝0时刻，开始以温差为T的介质为NTC充热，NTC内核的温差为Tc。由基尔霍夫电压定律引申，列出t≥0时热路的微分方程为：
一阶常系数非齐次(T不等于零)微分方程，方程的通解＝方程特解+对应其次方程的通解；上式特解，也就是电路的稳态值或称稳态分量
Tc(∞)＝T
补函数是齐次微分方程
通解解为：
定义τ＝RC
原方程通解为
又t＝0时Tc＝0，带入上式得A＝-T
即原方程通解：
根据环境温度和NTC晶核关系，通过求其反函数得到：
当采取时间间隔t＝0.5，Tc＝34，T＝75，带入计算τ＝0.828，
由于时间测试有时候会有误差，经过多组数据验证t＝0.5时
T＝2Tc
步骤五中的测试表达式：
T实＝2Tc+T0
T实——0.5s时实际测试温度(℃)
T0——0时刻测试温度
该系统利用一种算法，利用NTC的温升速度可以在0.5s内检测到实际温度，冲原来的5s缩短到0.5s，极大的缩短了反应时间。
【附图说明】
图1是本发明所涉及的一种NTC检测时间补偿算法出水NTC检测值和算法计算值的曲线对比图；
【具体实施方式】
下面将结合附图及实施例对本发明进行详细说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明所涉及的一种NTC检测时间补偿算法，应用该算法的系统起码包括NTC元件和电控板，其中NTC元件是目标测试样品，在不同温度有不同的电阻，电控板是用来检测读取NTC检测到数值；
该NTC检测时间补偿算法的计算过程包括：
步骤一：根据传热过程，也就是热流密度计算NTC每一时刻的累计换热量；
步骤二：计算出某时刻的温度之后将该时刻设定为T0时刻，得到热量输出随时间的方程；
步骤三：根据步骤二得到环境温度和NTC晶核温度的关系；该相关关系中包含时间常数C；
步骤四：不同测试样品的NTC，步骤三中，环境温度和NTC晶核关系中的时间常数τ不同，需要实验测定，该时间常数τ的时间间隔可以根据需要调整不同的时间间隔；
步骤五：后续需要检测温度时使用已经测定时间常数τ的关系式进行计算根据权利要求1所述NTC检测时间补偿算法，其特征在于，其中步骤一中：
根据热流密度等于热流量除以导热面积：
得出单位时间内的热流量：
那么根据热流量，乘以加热时间即可得累计换热量：
q——热流密度(w/m2)
φ——热流量(w)
λ——热导率(w/(m·k))
A——导热面积(m2)
R——热阻(k/w)
δ——厚度(m)
T——温差(也叫热压k或者℃)
t——时间
Q——累计换热量。
其中步骤二中：RC为热流响应，C为NTC的热容量，热流响应过程，就是给NTC充热的过程，设t＝0时刻，开始以温差为T的介质为NTC充热，NTC内核的温差为Tc。由基尔霍夫电压定律引申，列出t≥0时热路的微分方程为：
一阶常系数非齐次(T不等于零)微分方程，方程的通解＝方程特解+对应其次方程的通解；上式特解，也就是电路的稳态值或称稳态分量
Tc(∞)＝T
补函数是齐次微分方程
通解解为：
定义τ＝RC
原方程通解为
又t＝0时Tc＝0，带入上式得A＝-T
即原方程通解：
根据步骤二环境温度和NTC晶核关系，通过求其反函数得到：
根据权利要求1所述NTC检测时间补偿算法，其特征在于，在步骤四中根据多次测算所得数据，
根据测试数据
采取t＝0.5，Tc＝34，T＝75，带入计算τ＝0.828，
由于时间测试有时候会有误差，经过多组数据验证t＝0.5时
T＝2Tc
步骤五中的测试表达式：
T实＝2Tc+T0
T实——0.5s时实际测试温度(℃)
T0——0时刻测试温度
通过以上算法，将NTC从25℃的水中放置到100℃的水中，NTC检测值是通过实际NTC的检测值输出，算法计算值是通过NTC的输出值通过本申请的计算方法计算得到的值，可以看到0.5秒开始就很接近实际的100℃的温度
该系统利用一种算法，利用NTC的温升速度可以在0.5s内检测到实际温度，冲原来的5s缩短到0.5s，极大的缩短了反应时间。
Claims (2)
1.一种NTC检测时间补偿算法，应用该算法的系统起码包括NTC元件和电控板，其中NTC元件是目标测试样品，在不同温度有不同的电阻，电控板是用来检测读取NTC检测到数值；
该NTC检测时间补偿算法的计算过程包括：
步骤一：根据传热过程，也就是热流密度计算NTC每一时刻的累计换热量；
步骤二：计算出某时刻的温度之后将该时刻设定为T0时刻，得到热量输出随时间的方程；
步骤三：根据步骤二得到环境温度和NTC晶核温度的关系；该关系中包含时间常数；
步骤四：不同测试样品的NTC，步骤三中，环境温度和NTC晶核温度中的时间常数τ不同，需要实验测定，该时间常数τ的时间间隔可以根据需要调整不同的时间间隔；
步骤五：后续需要检测温度时使用已经测定时间常数τ的关系式进行计算；
其中步骤一中，根据热流密度等于热流量除以导热面积：
得出单位时间内的热流量：
那么根据热流量，乘以加热时间即可得累计换热量：
q——热流密度w/m2
Φ——热流量w
λ——热导率w/(m·k)
A——导热面积m2
R——热阻k/w
δ——厚度m
T——温差也叫热压k或者℃
t——时间s
Q——累计换热量；
其中步骤二中：RC为热流响应，C为NTC的热容量，热流响应过程，就是给NTC充热的过程，设t＝0时刻，开始以温差为T的介质为NTC充热，NTC内核的温差为Tc；由基尔霍夫电压定律引申，列出t≥0时热路的微分方程为：
一阶常系数非齐次微分方程，其中T不等于零，方程的通解＝方程特解+对应其次方程的通解；上式特解，也就是电路的稳态值或称稳态分量
Tc(∞)＝T
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2.根据权利要求1所述NTC检测时间补偿算法，其特征在于，其中步骤三中，根据步骤二得到环境温度和NTC晶核温度的关系，通过求其反函数得到：
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| DE2503183A1 (de) * | 1975-01-27 | 1976-08-26 | Erben Des Gregor Betz | Verfahren der temperatur-regelung auf elektronischer basis sowie einrichtung zur ausuebung dieses verfahrens |
| CA1088346A (en) * | 1979-10-10 | 1980-10-28 | West, Roger A.; Ream, W. Dale; Barcal, John J. (A Partnership Trading As Rwb Labs) | Fast response electronic thermometer probe |
| CN108458798A (zh) * | 2017-02-21 | 2018-08-28 | 罗斯蒙特公司 | 过程变送器隔离补偿 |
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