传感器第6章热电式传感器资料.ppt

图6-16 ℃，F或其他温标的输出信号的温度测量系统 具有内部参考电压温度传感器的电路如图6-35所示，电流源产生的电流为 ，其中 是正比于绝对温度T的电压, 为电源内阻。利用pnp电流源提供晶体管 的偏置电流，高增益反馈放大器 使 的集电极电流等于电流镜的输出电流，输出分路反馈降低了输出阻抗，输出电压 为 6.19 等于输出电压 与温度的关系，如图6-18所示。 基极-发射极电压随温度近似线性减小： ，C为曲线的斜率。 如果输出电压在某一温度下取零值时，则输出电压为 （6.20） 可以通过微调电阻 使输出电压 在 时为“零”值。由式（6-43）和图6-18表明，输出电压曲线与垂直轴相交于电压 ，此值与工艺参数无关。这个特性很重要，因为在标定时（如微调 ）， 曲线围绕垂直轴上固定点 旋转，通过调整信号可以得到标定的输出特性。 图6-17具有内部参考电压温度传感器的电路 图6-18输出电压 与温度的关系与温度的关系 实例：常用的具有内部参考电压温度传感器的实例如图6-19所示， 。晶体管1—6构成电流源，两个30P结电容防止由于电路中的热反馈而产生的寄生振荡。二极管 稳定电压，使晶体管 的集电极-基极电压基本与温度无关，而且清除了基区宽度调制效应。在整个温度范围内，使电源电压保持最小值，以降低耗散功率。晶体管 是电流放大器，可以降低输出阻抗。晶体管 防止闸流效应。 图6-19集成温度传感器的电路图 此类集成温度传感器采用集成电路工艺制作在1100的芯片上，40℃下测量，其灵敏度为-4.62V/℃。器件的耗功率很低，自热效应很小。该器件的特性参数如表6-3所示。 表6-3集成温度传感器性能参数 6.2.2NTC的基本特性 1.热电特性：R f t 图6-5中的NTC的R f t 曲线是一条指数曲线，可用下式表示： Rt 式中：Rt—绝对温度T时的实际电阻值 A,B—由材料和工艺所决定的常数，它们分别具有与电阻和温度相同的量纲。当已知温度T0的电阻为 时，可将式（6-5）改写成 材料常数B又称为热灵敏指标，可通过实验求得，通常B 2000~5000K。 和 是在一定温度下，采用引起阻值变化不超过 的测量功率所测出的电阻值，这样可忽略自身发热变化所产生的误差。一般将在环境温度25℃时测得的电阻值，作为热敏电阻的标称电阻值 。 表示热敏电阻热电特性的另一个重要物理参数是电阻温度系数 ，它表示温度变化1℃（或1K）的阻值相对变化量，即 由式（6-6）可求得 6.7 式中的负号表示NTC的阻值随温度的增加而减小。 与热力学温度T的平方成反比，说明在低温下 的数值很大，NTC有很高的温度灵敏度。若设B 4000K，T 323.15K，则 ，约为铂电阻的10倍。 2.伏安特性：v f I 将NTC接上电流源，并测出它两端的电压，即可得到如图6-7所示的伏安曲线。由图可见，在加热电流I比较小时，v f I 是一条直线，电阻值完全由外界被测温度 所决定。随着加热电流的增大，NTC自身温度上升，阻值下降，两端电压不再按比例随电流增大而增加。但在一个小区域内，电流的增大与电阻的减小相互补偿，使电压基本保持不变。电流继续增大，使电阻值下降幅度超过电流增大幅度，电压降随电流的增大而下降。 由图可知，随着外界被测温度 的提高，伏安曲线沿恒定功率直线（图中P 10mW）向右下方移动，使v f I 线性范围变宽。 显然，当NTC作测温元件使用时，应使它在v-I线性范围内工作。 图6-7 NTC的伏安特性曲线 3.热响应特性 热敏电阻测温的过程都是将被测对象的热能通过接触传热或者辐射传热的方式传递给敏感元件，一起敏感元件自身的温度变化，将自身温度变化转为自身电阻的变化，这个过程是需要时间的，所以要求测量器件要游良好的热响应特性。热敏电阻的热特性常用耗散常数H和时间常数 来表示。 耗散常数表示热敏电阻在电功率作用下，自身温度变化1℃所耗散的功率变化量，即 H △P/△T H的大小与电阻体的结构、形状、所处介质的种类和状态有关。 每种热敏电阻均有一个在规定的技术条件下，长期连接工作所允许的最高温度 ，对应 所耗散的功率称为热敏电阻的额定功率 。 由于热敏电阻具有一定的热容量C，因此它有一定的热惰性，即随温度改变需要一定的时间，通常用时间常数 来表示热惰性的大小。 时间常数可定义为：热敏电阻在无功率状态下（即忽略加热电流引起的温升），当外界温度由一个特定值突然改变到另一测试特定值时，电阻体自身温度变化量特定温度之差的63.2％所需时间。两特定温度通常选为85℃和25℃，或者100℃和0℃。 热敏内电阻的时间常数与它的热电容C和耗散常数H的大小有关，可表示为 C/