任何一個溫度敏感元件都具有一定的體積、質(zhì)量和比熱容,因此與被測介質(zhì)之間達到熱平衡需要一定的時間,這樣在測量變化快的溫度時,溫度傳感器的響應(yīng)滯后于溫度變化.導(dǎo)致響應(yīng)滯后的原因來自兩方面:一是溫度敏感介質(zhì)本身的熱容量和有限大的熱導(dǎo)率;二是溫度傳感器與被測介質(zhì)之間的熱交換過程.
熱量在物體內(nèi)部的傳導(dǎo)過程服從Fourier熱傳導(dǎo)方程:其中ρ,c和λ分別為物體的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù);ΦV為物體內(nèi)部的廣義體熱源,也就是單位體積單位時間所產(chǎn)生的熱量;T是物體溫度.

物體與外界流體之間的換熱過程服從New2ton公式:Φ=h(Tf-Ts),(2)
式中Tf和Ts分別是流體溫度和溫度傳感器表面溫度.比例系數(shù)h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),表示單位面積和單位溫差下所交換的熱量.當(dāng)Φ為正值時是加熱過程,Φ為負值時為冷卻過程.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小與換熱過程中的許多因素有關(guān),如流體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱容及流體的運動狀態(tài),而且還與物體的表面形狀和體積有關(guān).

溫度傳感器可分為裸裝和鎧裝2種形式.對裸裝溫度傳感器,溫度敏感介質(zhì)直接與被測介質(zhì)接觸,在分析其測量的動態(tài)特性時可以假定溫度敏感介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)無限大,即內(nèi)部溫度分布是均勻的,由于溫度敏感介質(zhì)內(nèi)部沒有熱源存在,其廣義熱源只和其與外界的換熱過程有關(guān).當(dāng)溫度敏感介質(zhì)的表面積為A、體積為V時,將界面上交換熱量折算成物體的體積熱源。

說明由于裸裝溫度傳感器具有一定熱容和有限大的表面換熱系數(shù),與被測介質(zhì)達到熱平衡需要一定的時間.時間常量反映了溫度敏感元件對被測溫度變化響應(yīng)快慢.顯然時間常量越小,溫度敏感元件越能迅速反映流體溫度的變化.時間常量與溫度敏感元件的熱容量ρVc成正比,與表面?zhèn)鳠釛l件hA成反比.熱容量越大,內(nèi)部溫度的變化就越慢;表面?zhèn)鳠釛l件越好,單位時間內(nèi)傳遞的熱量就越多,內(nèi)部溫度變化得就越快.時間常量可以綜合反映這兩者的影響.由于不同的流體與溫度敏感元件之間有不同的換熱系數(shù)h,因此對不同的測量對象溫度敏感元件具有不同的時間常量.

本文參考南開大學(xué)物理研究院劉教授相關(guān)書籍，外加了個人部分理解。

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