【正文】 4. PTC和 NTC熱敏電阻的電阻 溫度特性有什么不同 ? 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 圖 紅外傳感器的光譜特性 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 2 4 6 8 10 20 30108109101010111012SiP b SH g C d T eI n S b 熱 敏 電 阻輻 射 熱 測 量 計熱 電 堆可 見 光靈 敏 度波長 ? / ? m比檢測率D* 常用的紅外傳感材料有 Ge、 Si、 PbS、 HgCdTe、 InSb等。（ d） ST型 ⑴ 光導(dǎo) PC型 結(jié)構(gòu)是電阻體光照后引起阻值變化 。 硅窗熱 釋 電元件場 效 應(yīng)管DSG( a )( b )1 0 M ?1 0 k ?圖 熱釋電輻射傳感器 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ② 光量子型 是利用光電效應(yīng)制成的 ,因而 與波長有關(guān) 。 其結(jié)構(gòu)和電路如圖 。 經(jīng)高輸入阻抗的放大電路放大之后 ,可得到足夠大的電信號 。 這類傳感器一般與波長無關(guān) 。 用熱輻射傳感器制成的溫度計測溫范圍為 (50～ +3500)℃ ,測量靈敏度為 ～ 1K,精度為 177。 真正的全輻射溫度傳感器是不存在的 。 常用的熱敏元件有 熱電堆 、 熱敏或光敏電阻 、 光電池或熱釋電元件 。T),其值很難求得。m2m2。 C。半導(dǎo)體 GdTe(或 GaAs)對一只 LED發(fā)射波長為 λ 1的光的吸收與溫度有關(guān) ,而對另一只 LED發(fā)出的波長為 λ 2的光幾乎不吸收 ,這樣可以作為參考光 ,經(jīng) GeAPD光電探測器送入采樣保持電路 ,得到正比于脈沖幅值的直流信號 ,最后采用除法器獲得溫度信號。 C。由于采用了參考光纖和除法器 ,消除了干擾 ,提高了測量精度。 1） 雙光纖參考基準(zhǔn)通道法 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 由此可見 ,半導(dǎo)體透射光強(qiáng)隨溫度的增加而減少 。 它體積小 、靈敏度高 、 工作可靠 , 廣泛應(yīng)用于高壓電力裝置中的溫度測量等特殊場合 。 反映在半導(dǎo)體的透光特性上 ，即當(dāng)溫度升高時 ， 其透射率曲線將向長波方向移動 。 因此 ,利用光纖做的傳感器 ,在惡劣的環(huán)境下也能正常工作 。 如果把它的刻度換算成攝氏 、 華氏溫度刻度時就可以做成各種溫度計了 。 IC3=IC4 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 IC設(shè)計時 ,取 V3發(fā)射極面積為 V4發(fā)射極面積的 8倍 ,于是根據(jù)式()得電阻 R上的電壓輸出為 ln 8 0 .1 7 9 2 /T kTU m V Kq?? 圖中集電極電流由 UT/R決定 ,電路中流過的電流為流過 R的電流的 2倍 。圖中 V V2為集電極電流分別為 I I2的兩個性能相同的晶體管。 選擇特性相同的兩個晶體管 ,則 Ise1=Ise2,兩個晶體管的電流放大系數(shù)也應(yīng)相同 ,當(dāng)兩個晶體管的集電極電流分別為 IC IC2時 , 12ln CBECk T IUqI??（ ） ΔU BE經(jīng)后級放大器放大后 ,可使傳感器的輸出隨溫度產(chǎn)生 10mV/℃的變化量 。 176。 1176。 C） 。 這種傳感器輸出特性的線性關(guān)系好 ， 測量精度也比較高 ，使用起來方便 ， 越來越受到人們的重視 。一般情況下， TT201不導(dǎo)通， LED不發(fā)光，報警器無聲。 3)可控硅熱敏開關(guān) 當(dāng)截止電壓一定時 ,隨 溫度的上升 ,熱激電子空穴對成指數(shù)增加 ,使 IC0 增大 ,a1和 a2也增大。 C。 UBE具有大約 ℃ 的溫度系數(shù) ， 利用這一現(xiàn)象可以制成高精度 、 超小型的溫度傳感器 ， 測溫范圍為 50200 ℃ 左右 。 0 20 60 1 0 0 1 4 0 1 8 0 2 2 0 2 6 0 3 0 0F JT 10 00 (1 00 ?A)F D3 00 (1 00 ?A)F D2 00 (1 00 ?A)FD200( 10 ?A)溫度 / K正方向電壓 / V圖 硅二極管正向電壓的溫度特性 ② 溫度特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 如圖 。B和 η 為兩個常數(shù) ,其數(shù)值與器件的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)。 PN結(jié)溫度傳感器的種類 種類： ①溫敏二極管；②溫敏三極管③ 溫控晶閘管。此外 ,線性較好 且 價格低廉 ,在不少儀表里用來進(jìn)行溫度補償 。 圖 （ a） 電路的測溫范圍較小 ,而且兩個熱敏電阻的 B常數(shù)應(yīng)該一致 ,但靈敏度高 。 C左右的精度 ,要測到 176。 C溫度范圍內(nèi)有如下關(guān)系 : ?UbRT hUo u tRsbsoutT h sURURR? ?() （五） 熱敏電阻溫度傳感器 圖 0011e x p ( . )TTR R B TT???? ???? 83從公式 ()可知 ,溫度和熱敏電阻的阻 值之間有非線性特性。 （四）熱敏電阻器主要缺點 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ① 熱敏電阻測溫的基本電路 為了取得熱敏電阻的阻值和溫度成比例的電信號 ,需要考慮它的直線性和自身加熱問題。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 （ 三 ） 熱敏電阻器的安時特性 （ U—I） 流過熱敏電阻的電流與時間的關(guān)系 ,稱為安時特性 ,如圖 示 。 α β a b c d Um U0 I0 Im U/V I/mA NTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 曲線見下圖，它與 NTC熱敏電阻器一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。尤其是阻值大的熱敏電阻。這一區(qū)域適合溫度測量， a點是沒有自熱時的最大電流值。 lnRr1 lnRr2 BP β mR BP=tgβ =mR/mr T1 T2 lnRr0 mr lnRTT 表示的 PTC熱敏電阻器電阻 —溫度曲線 lnRr T ? ?? ?0000e x p1e x pP T PTtp PT T PB R B T TdR BR d T R B T T??? ? ??若對上式微分，可得 PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù) α tp 以 lnRT、 T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。C PTC熱敏電阻的 工作溫度范圍較窄 ，在工作區(qū)兩端，電阻 —溫度曲線上有兩個拐點： Tp1和 Tp2。 105 104 103 102 0 10 10 30 50 70 85 100 120 T/186。 C）測量。C ρT —T與 RT—T特性曲線一致。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ⑤ 時間常數(shù) τ 它是指熱敏電阻從溫度為 T0的介質(zhì)中突然移入溫度為 T的介質(zhì)中 （ 環(huán)境溫度階躍變化 ） ,熱敏電阻的溫度升高ΔT= (TT0)所需的時間 ,單位為 s。 如果被測溫度比較低 ,而且不需要很高的精度時 ,一般把 B看成一個常數(shù) ,求出溫度或熱敏電阻的阻值 。 （三）熱敏電阻的主要參數(shù) 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 ③ 材料常數(shù) B 是表征 負(fù)溫度系數(shù) (NTC)熱敏電阻器材料的物理特性常數(shù)。 )℃ 時測得的阻值 ,也稱 冷電阻 ,單位為 Ω 。此特性可用于 自動控溫和報警電路 中。 C之間的溫度測量 ,其色標(biāo)標(biāo)記為 綠色 。 （二）熱敏電阻的分類 ① N T C② P T C③ C T R1011021031041051061071080 40 80 1 2 0 1 6 0 2 0 0t / ℃? / ?它的主要材料是是由在 BaTiO3和 SrTiO3為主的成分中加入少量 Y2O3和 Mn2O3構(gòu)成的燒結(jié)體。 燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。 商品化產(chǎn)品已有 30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)。 (2)小型 ,材料加工容易 、 性能好 ， 最小的珠狀熱敏電阻可做到直徑為 ,能夠測出一般溫度計無法測量的空隙 、 腔體 、 內(nèi)孔 、生物體血管等處的溫度 。 在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有 熱電偶 、 熱電阻 （如鉑、銅電阻溫度計等）和 熱敏電阻 。 ②當(dāng)溫度高于 1000C時，易氧化、測量范圍小，不適于在 腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。目前最廣泛使用的熱電阻材料是銅熱電阻和鉑熱電阻。優(yōu)點是：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。 美國麻省理工學(xué)院研制的一種激光溫度計 ， 最高溫度可達(dá) 8000℃ ， 專門用于核聚變研究 。 非接觸式溫度傳感器 3． 超聲波溫度傳感器 特點是響應(yīng)快 (約為 10ms左右 )， 方向性強(qiáng) 。因此采用這種方式要測得物體的真實溫度的前提條件是被測物體的熱容量要足夠大。 4． 超低溫?zé)犭娮?兩種碳電阻 ， 可分別測量 –～ 253℃ ～ ℃ 的溫度 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 1． 常用熱電阻 范圍： 260～＋ 850℃ ；精度： ℃ 。 改進(jìn)后可連續(xù)工作2022h， 失效率小于 1％ ， 使用期為 10年 。 5． 熱敏電阻器 適于在高靈敏度的微小溫度測量場合使用 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 l． 輻射高溫計 用來測量 1000℃ 以上高溫 。 目前國外有可測到 5000 ℃ 的產(chǎn)品 。 瑞士 Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器可測幾千開 (K)的高溫 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器