【正文】 176。 圖 。 C以下的溫度 。 當(dāng)正向電流一定時(shí) ,二極管的種類不同 ,其溫度特性也不同 ,正向電流變化時(shí) ,溫度特性也隨之變化 。 C的 范圍內(nèi) ,輸出電壓變化為 0～ 1V,測溫精度不低于 176。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 表 可控硅熱敏開關(guān)的應(yīng)用范圍 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 客房火災(zāi)報(bào)警器 TT201溫控晶閘管安裝在每間客房內(nèi)，發(fā)光二極管 LED和報(bào)警器放在總服務(wù)臺。 （ IC）溫度傳感器 （ 如 AD590，美國模擬器件公司 ） 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 IC傳感器的基本特性如下： （ 1） 可測得線性輸出電流 （ 1μA/ 176。 （ 5） 直線性很好 ,滿量程非線性偏離 :177。圖 IC溫度傳感器原理圖。 圖 示最簡單的絕對溫度計(jì) （ 開耳芬溫度計(jì) ） 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體材料的 Eg隨溫度上升而減小 ， 亦即其本征吸收波長 λg 隨溫度上升而增大 。相反 ,波長比 λg 長的光 ,半導(dǎo)體透過率就高 。從圖中可看出 ,此方案與前一方案的區(qū)別在于增加了一條參考光纖及相應(yīng)的探測器。InGaAsP,λ 2= ）交替地發(fā)出光脈沖 ,經(jīng)耦合器送入光纖探頭 ,每個(gè)光脈沖的寬度為 10ms。 C1為第一輻射常數(shù)（第一普朗克常數(shù)） ,C1= 1016 W 一般物體都不是 “ 黑體 ” ,其發(fā)射率 ε T不可能等于 1,而且普通物體的發(fā)射率不僅和溫度有關(guān) ,且和波長有關(guān) ,即 ε T=ε T(λ 這樣就使得接收到的能量不可能是物體的全部輻射能 ,而只是部分輻射能 。 ① 熱電型： 指由于輻射熱引起元件溫度的微小變化 ,導(dǎo)致電阻一類的物理量的變化 ,而達(dá)到測溫的目的 。 熱釋電元件的響應(yīng)時(shí)間短 ,通常把它和場效應(yīng)管封裝在同一外殼里 ,輻射經(jīng)鍺或硅窗口射入 ,由場效應(yīng)管阻抗變換后與放大電路配合 。（ d） ST型 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 磁場電場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 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 、 、色標(biāo)、主要的參數(shù)、做溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)。圖 給出了它們相應(yīng)的光譜特性。 光量子型傳感器 可 以 分 為 光 導(dǎo)（ PC ） 型 、 光電（ PV） 型 、 光電磁（ PEM） 型 、 肖特基（ ST） 型 。 但是在 連續(xù)不斷 的照射下 ,它并不能產(chǎn)生恒定的電動(dòng)勢 ,必須對輻射進(jìn)行 調(diào)制 ,使成為斷續(xù)輻射 ,才能得到交變電動(dòng)勢 。 (～ 2)%。 透鏡對輻射光譜有一定的選擇性 ,例如光學(xué)玻璃只能透過 ～ 的波長 ,石英玻璃只能透過 ～ 的波長 。K4。 LEDLEDG e A P D采 樣 保 持輸出?1?2?1?2探頭耦 合 器脈沖發(fā)生器?1?2247。 光源放大放大除 法 器光 源 激 勵(lì)參 考 光 纖測 量 光 纖探頭對 稱 式 光 纖 探 測 器U1U0U2至 處 理 顯 示圖 雙光纖參考基準(zhǔn)通道法原理框圖 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 2） 雙光源參考基準(zhǔn)通道法 圖 。光源采用 GaAlAsLED,半導(dǎo)體吸收材料 CdTe或 GaAs作為測量元件。 圖 半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器的測溫原理圖 光纖 半 導(dǎo) 體 吸 收 片光 纖 接 頭光纖不 銹 鋼 管( b )光源放 大 器輸出光 電 二 極 管溫 度 敏 感 元 件( 半 導(dǎo) 體 光 吸 收 片 )光纖光纖( a )第 8章 半導(dǎo)體傳感器 選擇適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體發(fā)光二極管 LED,使其光譜范圍正好落在吸收邊的區(qū)域 。 利用半導(dǎo)體材料的光吸收與溫度的關(guān)系 ,可以構(gòu)成透射式光纖溫度傳感器 。 取 R=358Ω, 則可獲得靈敏度為 1μA/K 的溫度傳感器 。 IC溫度傳感器的設(shè)計(jì)原理是 ,對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)。 C。 它的缺點(diǎn)是靈敏度較低 。當(dāng)溫度達(dá)到一定值 ,使 a1+a2=1時(shí) ,元件即由 截止?fàn)顟B(tài) 轉(zhuǎn)換為 導(dǎo)通狀態(tài) 。 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 210－ 610－ 410－ 210102383 K355.8300.5255.2223.3176.8124.777.5UBE / VIC / ?A圖 UBE與 IC的溫度特性 ② 溫度特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 圖 晶體管體溫計(jì)原理圖及測溫輸出特性 ? A 7 4 83187642XII N VR41 5 0 k ?R17 k ?R21 M ?R56 8 0 k ?R31 0 0 k ?1 0 0 p F－ 7 VR62 M ?－ 7 V輸 出 電 壓D 8 1 1傳 感 三 極 管屏 蔽 線0 10 20 30 40 50－ 0 . 2－ 0 . 4－ 0 . 6－ 0 . 8－ 1 . 0溫度 / ℃輸出電壓 / V( a ) ( b )圖 電子體溫計(jì) 的原理圖及其輸出特性。 將 ()式取對數(shù)并考慮到 ()式 ,得 0l n l n l nD D gk T k T k TU I U B Tq q q ?? ? ? ?第 8章 半導(dǎo)體傳感器 對上式兩邊取導(dǎo)數(shù) ,得到 PN結(jié)正向壓降對溫度的變化率為 ln ln lnD DdU k k k kI B TdT q q q q ?? ? ? ?從以上二式得到溫度靈敏度為 0[]gDD UUd U kd T T q??? ? ?() 2/DdU m V KdT ??k= 105eV/K，當(dāng)半導(dǎo)體材料選定為硅，則 Ugo=， 設(shè) UD=， T=300K， η =，則得 0l n l n l nD D gk T k T k TU I U B Tq q q ?? ? ? ?即此條件下，溫度每升高 1℃ ， PN結(jié)正向電壓下降 2mV 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 硅二極管正向電壓的溫度特性如圖 。 特別適合對電子儀器或家用電器的 過熱保護(hù) ,也常用于簡單的 溫度顯示和 控制 。 C的高精度是很困難的 。圖 。這是因?yàn)榱鬟^電阻器電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。 ab段 ：隨電流增加 ,電壓上升變緩 ,曲線呈非線性 ,這一工作區(qū)是非線性正阻區(qū)。當(dāng)溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到 Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到 Tp2時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對應(yīng)有較大的 溫度系數(shù)α tp 。由測試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的 NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于 450℃ ）， 都能利用該式 ，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。 它表征熱敏電阻加熱或冷卻的速度 。 B值決定于材料的激活能 ?E， 具有 B=?E／ 2k的函數(shù)關(guān)系，式中 k為波爾茲曼常數(shù)。 ① N T C② P T C③ C T R1011021031041051061071080 40 80 1 2 0 1 6 0 2 0 0t / ℃? / ?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 2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器， 簡稱 NTC熱敏電阻器。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。 (3)使用方便 ,電阻值可在 ～ 100kΩ 之間任意選擇 。 鎳熱電阻 在 50～ 2022C范圍內(nèi)，鎳的電阻與溫度的關(guān)系一般可寫成 Rt＝ R0[1＋ At＋ Bt2] 其他熱電阻 ①銦熱電阻②錳熱電阻 ③碳熱電阻 ④鐵熱電阻、鎳熱電阻 常用熱電阻 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 習(xí)題 1 Pt100和 Cu50各代表什么傳感器？ 分別代表鉑電阻熱電式傳感器（ 0度時(shí)電阻值為100Ω ），銅電阻熱電式傳感器 (0攝氏度時(shí)電阻值為 50Ω). 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻是利用某種 半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體溫度傳感器 接觸型半導(dǎo)體傳感器 熱電阻傳感器有兩大類： ① 、 金屬熱電阻 ― 俗稱熱電阻 （ 熱電阻傳感器 ） ； ② 、 半導(dǎo)體熱電阻 ― 俗稱熱敏電阻 （ 熱敏電阻傳感器 ） 基于熱電阻效應(yīng)： 電阻率隨溫度變化發(fā)生改變的現(xiàn)象 電阻與溫度的關(guān)系 大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度而變化的關(guān)系可由下式表示 Rt=R0[1+α （ tt0） ] 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 對熱電阻材料的要求 ： ① 電阻溫度系數(shù) α 要盡可能大，且穩(wěn)定； ②電阻率 ρ 要高； ③比熱小，亦即熱慣性?。? ④電阻值隨溫度變化關(guān)系最好是線性關(guān)系； ⑤在較寬的測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)； ⑥