第8章1半导体温度传感器.pptVIP

第8章 半导体传感器 8.1 半导体温度传感器 8.2 半导体湿度传感器 8.3 半导体气体传感器 8.4 半导体磁敏传感器 8.1 半导体温度传感器 8.1.1 接触型半导体传感器 1.热电阻传感器 ①电阻温度系数α要尽可能大，且稳定； ②电阻率ρ要高； ③比热小，亦即热惯性小； ④电阻值随温度变化关系最好是线性关系； ⑤在较宽的测量范围内具有稳定的物理化学性质； ⑥良好的工艺性，即特性的复现性好，便于批量生产。 常用热电阻 热电阻传感器由热电阻丝、绝缘骨架、引出线组成。其中电阻丝是热电阻的主体。目前最广泛使用的热电阻材料是铜热电阻和铂热电阻。 习题1 Pt100和Cu50各代表什么传感器？ 分别代表铂电阻热电式传感器（0度时电阻值为100Ω），铜电阻热电式传感器(0摄氏度时电阻值为50Ω). 2.半导体热敏电阻 热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。工作原理一般用量子跃迁观点进行分析。由于热运动（譬如温度升高）,越来越多载流子克服禁带宽度（或电离能）引起导电,这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移率发生变化,根据电阻率公式可知元件电阻值发生变化。 在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40～＋350℃）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。 (1)灵敏度高,有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的三种热敏电阻元件。其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上,能检测出10-6℃温度变化。 (2)小型,材料加工容易、性能好，最小的珠状热敏电阻可做到直径为0.2mm,能够测出一般温度计无法测量的空隙、腔体、内孔、生物体血管等处的温度。 (3)使用方便,电阻值可在0.1～100kΩ之间任意选择。使用时，一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于其功耗小、故不需采取冷端温度补偿，所以适合于远距离测温和控温使用。 3．突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） 如果用V、Ge、W、P等的氧化物在弱还原气氛中形成半玻璃状烧结体,还可以制成临界型（CTR）热敏电阻,它是负温度系数型,在某特定温度范围内随温度升高而急剧下降，最高可降低3～4个数量级，即具有很大负温度系数。即在某个温度范围里阻值,曲线斜率在此区段特别陡峭,灵敏度极高,其色标标记为白色。此特性可用于自动控温和报警电路中。 ①标称阻值RH 在环境温度为(25±0.2)℃时测得的阻值,也称冷电阻,单位为Ω。 ②电阻温度系数αt 热敏电阻的温度每变化1℃时,阻值的相对变化率,单位为%/℃。如不作特别说明,是指20℃时的温度系数。 ③材料常数B 是表征负温度系数(NTC)热敏电阻器材料的物理特性常数。B值决定于材料的激活能?E，具有B=?E／2k的函数关系，式中k为波尔兹曼常数。一般B值越大，则电阻值越大，绝对灵敏度越高。在工作温度范围内，B值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。 ? 如果被测温度比较低,而且不需要很高的精度时,一般把B看成一个常数,求出温度或热敏电阻的阻值。 ④散热系数H 它是指热敏电阻自身发热使其温度比环境温度高出1℃所需的功率,单位为W/℃或mW/℃。在工作范围内，当环境温度变化时，H值随之变化，它取决于热敏电阻的形状、封装形式以及周围介质的种类。 ⑤时间常数τ 它是指热敏电阻从温度为T0的介质中突然移入温度为T的介质中（环境温度阶跃变化）,热敏电阻的温度升高ΔT=0.63(T-T0)所需的时间,单位为s。它表征热敏电阻加热或冷却的速度。一般在1-50秒之间.它与热容量C和耗散系数H之间的关系 ⑥最高工作温度Tm 它是指热敏电阻长期连续工作所允许的最高温度,在该温度下,热敏电阻性能参数的变化应符合技术条件的规定。 ρT—T与RT—T特性曲线一致。 oa段：为线性段，表示在低电流下,热敏电阻呈线性电阻性质，电压降和电流成正比。这一区域适合温度测量，a点是没有自热时的最大电流值。 ab段：随电流增加,电压上升变缓,曲线呈非线性,这一工作区是非线性正阻区。 bc段：当电流超过一定值以后,曲线向下弯曲出现负阻特性,称为负阻区。 表示有较大自热时，电流引起热敏电阻自身发热升温，阻值减小，电阻的压降随电流的增加而减小。尤其是阻值大的热敏电阻。b点处自热增量为零，自热温度等于环境温度。 d点：是空气中最大