生物医学传感热电式ppt课件.ppt

* * * * 三、 热释电传感器 某些晶体（例如硫酸三苷肽、锆钛酸铅镧、透明陶瓷和聚合物薄膜 ）在温度变化时，发生电极化。 均匀加热晶体的某些方向上会产生等量异号的电荷。 冷却晶体时，电荷变化与加热时相反。 这种现象称为热释电效应 温度变化，使晶体结构在某些方向上，正负电荷 重心不重合，产生了自发极化，自发极化矢量的方向由负电重心指向正电重心。 △PS=P △T P:热释电系数矢量 * * 热释电传感器是一种热辐射探测器，可用于非接触式温度测量。 设温度变化率为dT/dt,电极面积为A,束缚电荷面密度等于Ps，Ps对时间的化率为dPs/dt,则输出电流ΔI为: ΔI正比于温度变化速率 * * 热辐射探测器结构和等效电路如图: 输入端是一个窗口，让经调制的热辐射进入产生电荷， 经过一个场效应管收集电信号输出，输出端是场效应管的漏极D,源极S和公共地端E * * 红外热成像图 在生物医学测量中应用范围非常广泛。例如医用红外热像仪, 它可用于人体多个部位(头部、颈部、心血管、脊椎、四肢血管、乳腺、前列腺、胃肠道等) 和多种疾病(疼痛, 乳腺癌、肺肝癌、胰腺癌、血管瘤等肿瘤, 烧伤、放射线灼伤等) 的诊断。 * * 几乎所有物质的电阻率都随其本身温度变化而变化，这一物理现象称为热电阻效应 利用热电阻效应制成的温度敏感元件称为热敏电阻 四、热电阻温度传感器 * * 1、金属热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数，即电阻值与温度的变化趋势相同。 工作原理 T0时的电阻 T0时的电阻系数 T0时的电阻系数 T时的电阻 * * 材料要求：①材料的电阻温度系数α大，且为常数； ②材料的物理、化学性质稳定； ③电阻率较大，特性复现性好； * * 铂是一种贵金属。它的特点是精度高，稳定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很强。 铂在很宽的温度范围内约1200?C以下都能保证上述特性。铂很容易提纯，复现性好，有良好的工艺性，可制成很细的铂丝(0.02mm或更细)或极薄的铂箔。与其它材料相比，铂有较高的电阻率，因此普遍认为是一种较好的热电阻材料。 缺点：铂电阻的电阻温度系数比较小； 价格贵 1）铂热电阻 * * * * 薄膜型及普通型铂热电阻 * * 小型铂热电阻 * * 2）铜热电阻 在一般测量精度要求不高、温度较低的场合，普遍地使用铜电阻。它可用来测量－50～＋150 ?C 的温度，在这温度范围内，铜电阻和温度呈线性关系。 铜电阻的缺点是电阻率小.所以制成相同阻值的电阻时，铜电阻丝要细，这样机械强度就不高，或者就要长，使体积增大。此外铜很容易氧化，所以它的工作上限为150 ?C 。但铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。 * * 2 半导体热敏电阻 半导体热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC）之分。 NTC又可分为两大类： 第一类用于测量温度，它的电阻值与温度之间呈严格的负指数关系； 第二类为突变型（CTR），当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降。 * * RT、RT0——温度为T、T0时热敏电阻器的电阻值； BN ——NTC热敏电阻的材料常数。 由测试结果表明，不管是由氧化物材料，还是由单晶体材料制成的NTC热敏电阻器，在不太宽的温度范围（小于450℃），都能利用该式，它仅是一个经验公式。 1）负电阻温度系数(NTC)热敏电阻器的温度特性 NTC的电阻—温度关系的一般数学表达式为： * * 为了使用方便，常取环境温度为25℃作为参考温度（即T0=25℃），则NTC热敏电阻器的电阻—温度关系式： 0 25 50 75 100 125 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 (25oC,1) RT / RT0--T特性曲线 RT/R25 T * * 电阻温度特性： 电阻温度系数： 可见：负温度系数热敏电阻器的电阻温度系数α是温度T的非线性函数 * * α β a b c d Um U0 I0 Im U/V I/mA NTC热敏电阻的静态伏安特性 2）负温度系数（NTC）热敏电阻器的伏安特性 该曲线是在环境温度为T0时的静态介质中测出的静态U—I曲线。 热敏电阻的端电压UT和通过它的电流I有如下关系： T0——环境温度； △T——热敏电阻的温升。 * * 3）正电阻温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻—温度特性 其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发生相变引起