医用传感器_热电式传感器.ppt

当冷端温度t0不等于0℃，需要对热电偶回路的测量电势值eAB（t，t0）加以修正。当工作端温度为t时，分度表可查eAB(t,0)与eAB(t0,0)。 根据中间温度定律得到： eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) (3) 冷端温度修正法 例子 eAB（t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.493mV 由镍铬-镍硅热电偶分度表得t=829.8℃。 用镍铬-镍硅热电偶测量加热炉温度。已知冷端温度t0=30℃，测得热电势eAB（t，t0）为33.29mV, 求加热炉温度。 解：查镍铬-镍硅热电偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。 可得 (4) 冷端温度自动补偿法（电桥补偿法） EAB（t，0）= EAB(t,t0)+EAB(t0,0) 电桥补偿法 XT-WBC热电偶 冷端补偿器 电桥补偿法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压来自动补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值，可购买与被补偿热电偶对应型号的补偿电桥。 第三节、晶体管与集成温度传感器 一、 晶体管温度传感器 利用PN结的结电压随温度成近似线性变化这一特性实现对温度的检测、控制和补偿等功能。可直接用半导体二极管或将半导体三极管接成二极管做成PN结温度传感器。这种传感器的测温范围为-50℃至150℃，与其他的温度传感器相比有较好的线性度，且尺寸小、响应快、灵敏度高、热时间常数小，因此用途较广。 （1）温敏二极管、三极管 1. 温敏二极管的工作原理 理想二极管的伏安特性可近似表示为： IF：PN结正向电流； UF ：PN结正向压降； IS ：PN结反向饱和电流； q：电子电荷量； T：绝对温度； k：波尔兹曼常数。 只要满足正向电压UF大于几个kT/q，其正向电流IF与UF及温度T之间的关系可表示为： 两边除以Is ，取对数得： 所以： 上式表明：在一定电流下，二极管正向电压与温度呈线性关系。。 （只要它们工作在PN结空间电荷区中的复合电流和表面漏电流可以忽略） 经研究表明，对于锗和硅二极管，在相当宽的一个温度范围内．其正向电压与温度之间的关系与上式吻合。 对于不同的工作电流，温敏二极管的UF-T关系是不同的；但是UF-T之间总是线性关系。 另外：上式只对扩散电流成立，但实际二极管的正向电流还包括空间电荷区中的复合电流和表面复合电流。故实际二极管的电压 — 温度特性是偏离理想情况的。 2. 温敏三极管的工作原理 利用三极管发射结正向电压Ube随温度上升而下降的原理。由于在发射结正向偏置下，虽然发射结电流也包括扩散电流、空间电荷的复合电流和表面复合电流三种成分，但只有其中的扩散电流能够到达集电极形成集电极电流Ic，而另两种电流则作为基极电流漏掉。因此，晶体管的Ic—Ube关系比二极管的IF—UF关系更符合理想情况，所以表现出更好的电压 — 温度线性关系。 类似于PN结，一只晶体管的发射极电流密度可用下式表示： Je：发射极电流密度； a：共基接法的短路电流增益； Ube：基-射极电位差； Js ：发射极饱和电流密度； q：电子电荷量；T：绝对温度； k：波尔兹曼常数。 通常a~1,JeJs,上式可表示为： 化简 ，取对数得： 若Ic恒定，则Ube仅随温度T成单调单值函数变化。 2.基本测温电路 温敏晶体管作为负反馈元件跨接在运算放大器的反相输入端和输出端，基极接地。如此连接的目的是使发射结为正偏。而集电结几乎为零偏。 C 虚地 R V A + - E RC Ube 图 温敏晶体管测温电路 零偏的集电结使得集电结电流中不需要的空间电荷的复合电流和表面复合电流为零，而发射结电流中的发射结空间电荷复合电流和表面漏电流作为基极电流流入地。因此，集电极电流完全由扩散电流成分组成。集电极电流Ic只取决于集电极电阻RC和电源E，保证了温敏晶体管的Ic恒定。电容C的作用是防止寄生振荡。 将温敏晶体管及其辅助电路集成在同一芯片的集成化温度传感器。 其最大优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，另外，体积小、成本低廉。因此，它是现代半导体温度传感器的主要发展方向之一。目前，已经广泛用于-50~+150℃温度范围内的温度监测、控制和补偿的许多场合。 （二） 集成温度传感器 晶体管的Ube在Ic恒定条件下，认为与温度呈线性关系；但实际上关系式中仍然存在非线性项，另外这种关系也不直接与任何温标(绝对、摄氏、华氏等)相对应。此外温敏晶体管Ube值在同一生产批量中，可能有±100mv的离散性。 1. 基本原理 因此集成温度传感器中均采用一对