【正文】 這類(lèi)傳感器因與波長(zhǎng)有關(guān) ,故 測(cè)量溫度存在下限 ,例如 PbS為 100℃ 以上 ,Si為 400℃ 以上。 磁場(chǎng)電場(chǎng)I金屬半 導(dǎo) 體NP紅 外 光紅 外 光I偏 置 電 流( a )( b )( c ) ( d ) 圖 光量子型紅外傳感器示意圖 (a)PC型； (b)PV型； (c） PEM型 。 因此 ,應(yīng)該用交流放大電路 。 A1A2線(xiàn) 性 化處理輸出濾 波 器同步整流被測(cè)物體光圈物鏡半 透 鏡電機(jī)旋 轉(zhuǎn) 調(diào) 制 盤(pán)旋 轉(zhuǎn) 同 步 檢 測(cè)檢 測(cè) 器 ( P b S 等 )比 較 電 燈觀(guān) 察 透 鏡圖 熱輻射溫度計(jì)的原理框圖 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 紅外熱輻射傳感器 ,從原理上又可分為 熱電型 和光量子型 。 熱敏元件 ,尤其是光敏元件也對(duì)光譜有選擇性 。 Tb是黑體的溫度。圖 雙光源參考基準(zhǔn)通道法原理框圖 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 非接觸型半導(dǎo)體溫度傳感器 溫度為 T的物體對(duì)外輻射的能量 E與波長(zhǎng) λ 的關(guān)系 ,可用普朗克定律描述 ,即 51 21( ) [e x p 1 ]TCE T CT? ? ? ????? （ ） ε T為物體在溫度 T之下的發(fā)射率（也稱(chēng)為 “ 黑度系數(shù) ” ,當(dāng) ε T=1時(shí)物體為絕對(duì)黑體） 。發(fā)光二極管 LED（ AlGaAs,λ 1=。探測(cè)器選用 SiPIN發(fā)光二極管。 半導(dǎo)體材料的光吸收 ,隨著吸收邊波長(zhǎng)變短而急劇增加 ,直到光幾乎不能透過(guò)半導(dǎo)體 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 圖 各種半導(dǎo)體禁帶寬度的溫度特性 0 1 0 0 3 0 0 5 0 00 . 20 . 61 . 01 . 41 . 82 . 2Ga PGa AsSi InPG e(摻雜)Ge(本征)T / KEg / eV圖 ,從圖中可看出 ,半導(dǎo)體的禁帶寬度 Eg隨溫度 T增加近似線(xiàn)性地減小。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 IC溫度傳感器的一大特點(diǎn)是 應(yīng)用起來(lái)很方便 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 圖 電壓輸出型 IC溫度傳感器原理圖 V1V2R1R2I2I1GNDV＋UscR3 IC溫度傳感器按輸出方式可分為電壓輸出型和電流輸出型。 （ 4） 無(wú)調(diào)整時(shí)也可使用 。 IC溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理是 ,對(duì)于集電極電流比一定的兩個(gè)晶體管 ,其 UBE之差 ΔU BE與溫度有關(guān)。 可控硅熱敏開(kāi)關(guān)元件具有 溫度傳感 和 開(kāi)關(guān) 兩種特性 ,開(kāi)關(guān)溫度可通過(guò)調(diào)整 柵極電阻上的外加電壓 進(jìn)行控制 ,導(dǎo)通狀態(tài)具有 自保持 能力 ,并能通過(guò)較大電流。在0～ 50176。 顯而易見(jiàn) , 在 40～300K之間有良好的線(xiàn)性 。 不過(guò)由于 PN結(jié)受耐熱性能和特性范圍的限制 ,只能用來(lái)測(cè)量 150176。 但是 ,如果在具有兩個(gè)熱敏電阻的橋式電路中 ,在同一溫度下 ,調(diào)整電橋平衡 ,當(dāng)兩個(gè)熱敏電阻所處環(huán)境溫度不同 ,測(cè)量溫度差時(shí) ,精度可以大大提高 。對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 (NTC型 )當(dāng)溫度上升時(shí) ,熱敏電阻的阻值變小 ,輸出電壓 Uout上升。當(dāng)熱敏電阻器溫度超過(guò)環(huán)境溫度時(shí)，引起電阻值增大，曲線(xiàn)開(kāi)始彎曲。 bc段 ：當(dāng)電流超過(guò)一定值以后 ,曲線(xiàn)向下彎曲出現(xiàn)負(fù)阻特性 ,稱(chēng)為負(fù)阻區(qū)。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻 —溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示： 式中 RT、 RT0——溫度分別為 T、 T0時(shí)的電阻值； BP——正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù) 。 00ln TBTR BRT??第 8章 半導(dǎo)體傳感器 材料的不同或配方的比例和方法不同 ， 則 B也不同 。 一般在 150秒之間 .它與熱容量 C和耗散系數(shù) H之間的關(guān)系 ⑥ 最高工作溫度 Tm 它是指熱敏電阻長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度 ,在該溫度下 ,熱敏電阻性能參數(shù)的變化應(yīng)符合技術(shù)條件的規(guī)定 。一般 B值越大 ，則電阻值越大， 絕對(duì)靈敏度越高 。cm圖 半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻材料的分類(lèi) 大分類(lèi) 小分類(lèi) 代表例子 NTC 單晶 金剛石、 Ge、 Si 金剛石熱敏電阻 多晶 遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體 、無(wú)缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體 、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Al氧化物燒結(jié)體 、 ZrY氧化物燒結(jié)體 、 還原性 TiO Ge、 Si Ba、 Co、 Ni氧化物 濺射 SiC薄膜 玻璃 Ge 、 Fe、 V等氧化物 硫硒碲化合物 玻璃 V、 P、 Ba氧化物 、 Fe、 Ba、Cu氧化物 、 Ge、 Na、 K氧化物 、 （ As2Se3 ） 、（ Sb2SeI） 有機(jī)物 芳香族化合物 聚酰亞釉 表面活性添加劑 液體 電解質(zhì)溶液 熔融硫硒碲化合物 水玻璃 As、 Se、 Ge系 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻材料的分類(lèi)（ 2） PTC 無(wú)機(jī)物 BaTiO3系 Zn、 Ti、 Ni氧化物系 Si系、硫硒碲化合物 （ Ba、 Sr、 Pb） TiO3燒結(jié)體 有機(jī)物 石墨系 有機(jī)物 石墨 、 塑料 石臘 、 聚乙烯 、 石墨 液體 三乙烯醇混合物 三乙烯醇 、 水 、 NaCl CTR V、 Ti氧化物系、 Ag2S、（ AgCu）、（ ZnCdHg）BaTiO3單晶 V、 P、 （ Ba它的材料主要由 Mn、 Co、 Ni、 Fe等金屬的氧化物燒結(jié)而成 ,通過(guò)不同材質(zhì)組合 ,能得到不同的電阻值R0及不同的溫度特性。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻的種類(lèi)很多 ， 分類(lèi)方法也不相同 。 使用時(shí) ， 一般可不必考慮線(xiàn)路引線(xiàn)電阻的影響；由于其功耗小 、 故不需采取冷端溫度補(bǔ)償 ， 所以適合于遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控溫使用 。 工作原理 一般用量子躍遷觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行分析。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱電阻傳感器 由熱電阻絲、絕緣骨架、引出線(xiàn)組成。 4． 激光溫度傳感器 適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量 。 經(jīng)濟(jì)性好 、 價(jià)格便宜 。第 8章 半導(dǎo)體傳感器 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體溫度傳感器 半導(dǎo)體濕度傳感器 半導(dǎo)體氣體傳感器 半導(dǎo)體磁敏傳感器 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 溫度傳感器的種類(lèi) 溫度傳感器按照 用途 可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為 接觸式 和 非接觸式 ；按工作原理又可分為 膨脹式 、 電阻式 、 熱電式 、 輻射式 等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等。 接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。 如 NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度 ， 精度為 1％ 。其中電阻絲是熱電阻的主體。由于熱運(yùn)動(dòng)（譬如溫度升高） ,越來(lái)越多載流子克服禁帶寬度（或電離能）引起導(dǎo)電 ,這種熱躍遷使半導(dǎo)體載流子濃度和遷移率發(fā)生變化 ,根據(jù)電阻率公式可知元件電阻值發(fā)生變化。 （一）半導(dǎo)體熱敏電阻主要特點(diǎn) 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 (4)穩(wěn)定性好。 按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為： 1． 正溫度系數(shù)熱敏電阻器 （ PTC） 電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡(jiǎn)稱(chēng) PTC熱敏阻器 。 負(fù)溫度系數(shù)（ NTC）型半導(dǎo)體熱敏電阻研究最早 ,生產(chǎn)最成熟 ,是應(yīng)用最廣泛的熱敏電阻之一 , 特別適合于 100～ 300176。Sr） 氧化物 Ag2S–CuS 大分類(lèi) 小分類(lèi) 代表例子 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ① 標(biāo)稱(chēng)阻值 RH 在環(huán)境溫度為 (25177。在工作溫度范圍內(nèi)， B值并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度的升高略有增加的。 HC??HPTT E?? 0m a xT0—環(huán)境溫度； PE—環(huán)境溫度為 T0時(shí)的額定功率； H—散熱系數(shù) 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 （四）熱敏電阻器主要特性 ——溫度特性 （ RT—T） 1 2 3 4 鉑絲 40 60 120 160 0 100 101 102 103 104 105 RT/Ω 溫度 T/186。 用 lnRT–1/T表示負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 —溫度特性 ， 在 實(shí)際應(yīng)用 中比較方便 。 若對(duì)上式取對(duì)數(shù) ， 則得： ? ?0 0e x pT T PR R B T T??? ? 0lnln 0 TPT RTTBR ???第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ） 可見(jiàn) 正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù) α tp ，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。 表示有較大自熱時(shí)，電流引起熱敏電阻自身發(fā)熱升溫，阻值減小，電阻的壓降隨電流的增加而減小。 102 103 104 105 101 Um 101 102 103 100 101 Im PTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性 2． 正溫度系數(shù) （ PTC） 熱敏電阻器的伏安特性 當(dāng)電壓增至 Um時(shí)，存在一個(gè)電流最大值 Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過(guò)電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線(xiàn)斜率由正變負(fù)。在 0～ 100