CN117870912B - 一种测量ptc热敏元件的最大电流的方法及装置 - Google Patents

一种测量ptc热敏元件的最大电流的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种测量PTC热敏元件的最大电流的方法及装置。所述方法包括以下步骤：S1.加热PTC热敏元件，直至所述PTC热敏元件的温度等于或超过其居里温度TC；S2.停止加热，并自然冷却直到所述PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC，所述居里温度TC以摄氏度计量；S3.对所述PTC热敏元件施加目标电压并检测其电流值，获得目标电压下的最大电流。本申请由于将PTC热敏元件先加热至超过居里温度，再降温至30%~60%的居里温度，进而测量其最大电流值，以减小因PTC热敏元件的常温电阻和材料固有特性的变化而造成的测量误差，大大提高了最大电流值测量的稳定性和精确度。

Description

一种测量PTC热敏元件的最大电流的方法及装置
技术领域
本申请属于PTC热敏元件领域，更具体地，涉及一种测量PTC热敏元件一定电压下最大电流的方法及装置。
背景技术
PTC热敏元件一般是指一类具有正电阻温度系数（Positive TemperatureCoefficient）的热敏电阻元件，被广泛用于通讯设备、家用电器、电动汽车等各行各业。
由于在一些领域（如电动汽车、空调家电等）的使用中，对产品的功率及其稳定性均有严格的要求，因而在生产过程中，必须对PTC元件在额定电压作用下的最大电流（Imax）进行精确测量并严格分档，以便优化组合使用。
以往的测量方法是直接在常温（25℃）环境下直接对产品施加一定电压V测量流过试样的Imax值。如图1中Rx为PTC热敏元件样品，R0为测试取样标准电阻，Vm为瞬时电压测试仪（记忆示波器或峰值电压表），当施加电压时，流过样品的电流瞬时由小变大再变小，如图2所示，测试并记录R0上的最大电压值Vmax，由此可计算得到Imax（=Vmax/R0）值。
根据测得的Imax值对PTC热敏元件进行分档，例如V=220V下测量，电流档分为：0.3~0.4A；0.4~0.5A；0.5~0.6A；0.6~0.7A等，用户据此进行组合搭配并组装成和所需加热功率相符的应用产品组件。但大量试验事实证明，上述方法经常会发生两次或多次测量结果不一样，测量结果重复性差，经常出现串档现象。这将使PTC热敏元件组装而成的产品因功率搭配不一致而造成功率稳定性变差，给整机造成安全隐患，这在电动汽车等高端应用场合是难以容忍的。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本申请提供了一种测量PTC热敏元件一定电压下最大电流的方法及装置，其目的在于通过控制PTC热敏元件测量时的升温过程，由此解决PTC热敏元件的最大电流值的测量准确率。
为实现上述目的，按照本申请的一个方面，提供了一种测量PTC热敏元件的最大电流的方法，包括以下步骤：
S1.加热PTC热敏元件，直至所述PTC热敏元件的温度等于或超过其居里温度TC；
S2.停止加热，并自然冷却直到所述PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC，所述居里温度TC以摄氏度计量；
S3. 对所述PTC热敏元件施加目标电压并检测其电流值，获得目标电压下的最大电流。
优选地，所述PTC热敏元件的居里温度TC为180℃～220℃。
优选地，所述步骤S1里的加热的方法为在所述PTC热敏元件的两端施加电压。
作为进一步优选地，所述步骤S1里的加热的时间为0.1S~3S。
优选地，所述步骤S3里的所述目标电压为110V~380V。
优选地，在所述步骤S1之前还包括：获取所述PTC热敏元件的所述居里温度TC。
按照本申请的另一个方面，还提供了一种测量PTC热敏元件的最大电流的装置，包括中控装置、温度监控装置以及电流测量装置；
所述温度监控装置用于控制和获取所述PTC热敏元件的温度；
所述电流测量装置用于获取所述PTC热敏元件在目标电压下的电流值；
所述中控装置用于向所述温度监控装置发出温度控制信号，并获取温度监控结果，以及向所述电流测量装置发出电流测量信号，并获取电流测量结果。
优选地，所述温度监控装置包括加热元件以及测温元件；所述加热元件用于使所述PTC热敏元件的温度升高，所述测温元件用于获取所述PTC热敏元件的温度。
优选地，所述电流测量装置包括加压元件以及电流计；所述加压元件用于在所述PTC热敏元件两端施加目标电压，所述电流计用于获取通过所述PTC热敏元件的电流。
经验证，通过本申请所构思的以上技术方案，由于将PTC热敏元件先加热至超过居里温度，再降温至30%~60%的居里温度，进而测量其最大电流值，以减小因PTC热敏元件的常温电阻和材料固有特性的变化而造成的测量误差，大大提高了最大电流值测量的稳定性和精确度。经验证，PTC热敏元件最大电流值的测量波动由7%~13%左右，减小到了2%~4%。
附图说明
图1为现有技术PTC热敏元件的Imax值的检测装置示意图；
图2为现有技术PTC热敏元件的Imax值的检测原理示意图；
图3为本申请实施例1的PTC热敏元件的Imax值的检测装置示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请在研究中发现，PTC热敏元件在使用中经电压冲击后其常温电阻值、电阻−温度以及电阻−电压效应等固有性能会产生一些微小变化。居里温度是铁电材料在铁电相/顺电相之间改变的温度；PTC热敏元件是一种铁电半导体陶瓷材料，其居里温度可通过测量其电阻值随温度变化的方法确定；经本申请验证，PTC热敏元件在最大电流测量时的升温状态能影响到测量到的最大电流值的稳定性，而该升温状态可以用PTC热敏元件的居里温度进行衡量和控制，具体如下。
本申请提供了一种测量PTC热敏元件的最大电流的方法，包括以下步骤：
S1. 通过在PTC热敏元件的两端施加0.1S~3S的电压等方法，加热PTC热敏元件，直至所述PTC热敏元件的温度等于或超过其居里温度TC；不同PTC热敏元件的居里温度不同，例如用于电动汽车发热体等的PTC热敏元件的居里温度通常在180℃～220℃之间；
S2.停止加热，并自然冷却直到所述PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC，所述居里温度TC以摄氏度计量；
S3. 对所述PTC热敏元件施加目标电压并检测其电流值，监测到的最大电流即为目标电压下的最大电流；所述目标电压通常为PTC热敏元件工作的额定电压，例如110V、220V、380V等。
本申请还提供了一种测量PTC热敏元件的最大电流的装置，包括中控装置、温度监控装置以及电流测量装置；
所述温度监控装置用于控制和获取所述PTC热敏元件的温度，其控制和获取的温度范围以摄氏度计，应宽于PTC热敏元件的30%居里温度TC~居里温度TC；
所述电流测量装置用于获取所述PTC热敏元件在目标电压下的电流值；
所述中控装置用于向所述温度监控装置发出温度控制信号，并获取温度监控结果，在步骤S1中先控制其加热PTC热敏元件，待其温度等于或超过其居里温度TC时，控制其停止加热；
同时，中控装置向所述电流测量装置发出电流测量信号，并获取电流测量结果；在步骤S2 中PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC时，启动电流测量装置并记录其获得的最大电流，即为PTC热敏元件的最大电流值。
在一些实施例中，所述温度监控装置包括加热元件以及测温元件；所述加热元件用于使所述PTC热敏元件的温度升高，所述测温元件用于获取所述PTC热敏元件的温度；加热元件可以是施加在PTC热敏元件的电压源，通电而使PTC热敏元件温度升高。
在另一些实施例中，所述电流测量装置包括加压元件以及电流计；所述加压元件用于在所述PTC热敏元件两端施加目标电压，所述电流计用于获取此时通过所述PTC热敏元件的电流；在某些实施例中加热元件和加压元件可以采用同一个电压源，在加热阶段，该电压源用于使所述PTC热敏元件升温，在测量阶段，该电压源用于提供一个相当于PTC热敏元件使用的额定电压的目标电压。
实施例1
选取实验样本10只，其居里温度TC=220℃，将其编号为样本1-10。测量原理如图3所示。
步骤1：首先关闭开关K接通电源，此时PTC热敏元件被迅速自加热，在0.1到3秒左右，PTC热敏元件即超过Tc；
步骤2：此时切断电源同时跟踪测量元件表面温度，当温度下降到设定温度（例如30%Tc）时，即66℃时；
步骤3：再次关闭开关K接通电源测量并记录Imax，如图所示；
步骤4：在25℃下放置48小时后，再次重复步骤1-3，对比前后第1次和第2次记录的Imax变化率。
图2为本申请实施例1的检测示意图，与图1的区别在于，实施例1的连入了测温元件Tm对PTC热敏元件的温度进行监控。实施例1的电流测量装置由电压源V、标准电阻R0和电压计Vm组成，温度监控装置由电压源V、标准电阻R0和测温元件Tm组成；电压源同时承担了提供目标电压和对PTC热敏元件加热的功能。而未在图中标识的中控装置分别连接了测温元件Tm和电压计Vm组成，在控制PTC热敏元件的加温过程的同时，也能获取PTC热敏元件的电大电流值。
实施例2
以所述相同步骤重复实施例1，样本编号为11-20。区别在于，在步骤2中，下降到的设定温度为60%Tc，即132℃。
实施例3
以所述相同步骤重复实施例1，样本编号为21-30。区别在于，样本的居里温度TC=180℃，在步骤2中，下降到的设定温度为40%Tc，即72℃。
对比例1
选取实验样本20只，其居里温度TC=220℃，将其编号为样本31-50，直接加压测量Imax，然后在25℃下放置48小时后，再次测量，对比前后第1次和第2次记录的Imax变化率。
对比例2
以所述相同步骤重复对比例1，区别在于，样本的居里温度TC=180℃，样本数量为10个，分别编号为51-60。
实验结果分析
表1 样本1-10、31-40的Imax测量结果（单位：A）
从表中不难看出：
①样本31-40的最大电流值Imax分布较宽，为0.29~0.73A，而样本1-10的分布较窄，为0.39~0.60A；
②样本31-40的两次测量之间变化率较大，为6.8%~13.9%，而样本1-10的为1.9%~3.3%。
表2 样本11-20、41-50的Imax测量结果（单位：A）
从表中不难看出：
①样本41-50的最大电流值Imax分布较宽，为0.29~0.68A，而样本11-20的分布较窄，为0.35~0.56A；
②两次测量之间变化率，样本41-50的为5.6%~12.9%，而样本11-20的为1.8%~3.6%。
表3 样本21-30、51-60的Imax测量结果（单位：A）
从表中不难看出：
①样本51-60的最大电流值Imax分布较宽，为0.26~0.62A，而样本21-30的分布较窄，为0.32~0.53A；
②两次测量之间变化率，样本51-60的为6.4%~10.5%，而样本21-30的为2.0%~3.8%。
综上，不管PTC热敏元件的居里温度是多少，当提前将PTC热敏元件的温度加热至超过其居里温度后切断电压，待其下降至30%～60%的居里温度再测量其最大电流值，能够提高对PTC热敏元件最大电流值测量的准确性，使得PTC热敏元件制得的电子元件的稳定性和可靠性提高。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量PTC热敏元件的最大电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.加热PTC热敏元件，直至所述PTC热敏元件的温度等于或超过其居里温度TC；
S2.停止加热，并自然冷却直到所述PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC，所述居里温度TC以摄氏度计量；
S3. 对所述PTC热敏元件施加目标电压并检测其电流值，获得目标电压下的最大电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PTC热敏元件的居里温度TC为180℃～220℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1里的加热的方法为在所述PTC热敏元件的两端施加电压。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1里的加热的时间为0.1S~3S。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3里的所述目标电压为110V~380V。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：获取所述PTC热敏元件的所述居里温度TC。
7.一种测量PTC热敏元件的最大电流的装置，其特征在于，包括中控装置、温度监控装置以及电流测量装置；
所述温度监控装置用于控制和获取所述PTC热敏元件的温度；
所述电流测量装置用于获取所述PTC热敏元件在目标电压下的电流值；
所述中控装置用于向所述温度监控装置发出温度控制信号，并获取温度监控结果，以及向所述电流测量装置发出电流测量信号，并获取电流测量结果，其具体为：
所述中控装置先控制所述温度监控装置加热PTC热敏元件，待其温度等于或超过其居里温度TC时，控制其停止加热；在PTC热敏元件的温度下降至30%~60%的所述居里温度TC时，启动电流测量装置并记录其获得的最大电流。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述温度监控装置包括加热元件以及测温元件；所述加热元件用于使所述PTC热敏元件的温度升高，所述测温元件用于获取所述PTC热敏元件的温度。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流测量装置包括加压元件以及电流计；所述加压元件用于在所述PTC热敏元件两端施加目标电压，所述电流计用于获取通过所述PTC热敏元件的电流。
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