1、5.2.1 熱釋電溫度傳感器,熱釋電晶體具有自發(fā)的電極化能力，電極化強度與溫度有關(guān)，晶體的這種性質(zhì)稱為熱釋電效應(yīng)。 常溫下，雖然晶體也產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)，在與自發(fā)極化強度垂直的兩端面出現(xiàn)極性相反、密度等于 的面束縛電荷，但是該電荷被晶體內(nèi)部和外部的自由電荷中和，故對外呈現(xiàn)中性。 由此可見，不能在靜態(tài)條件下測量熱釋電晶體的自發(fā)極化電荷。,圖5-1 熱釋電溫度傳感器原理 a）熱釋電效應(yīng) b）等效電路 c）極化強度與溫度的關(guān)系,5.2.2 PN結(jié)溫度傳感器,利用PN結(jié)的溫度特性可做成各種測溫傳感器。 二極管PN結(jié)溫度傳感器 基本原理 如前所述，PN結(jié)電流 與電壓 的關(guān)系為： 式中， A為PN結(jié)橫截面積；

2、 q為流過PN結(jié)的電荷量（ ）； 為玻爾茲曼常數(shù)（ ）； T為熱力學溫度。 在載流子注入情況下，流過PN結(jié)反向飽和電流 可表示為：,對硅單晶 （5-5） 式中， ； 為禁帶寬度。 聯(lián)立求解式（5-3）式（5-5）得： 一般情況下，上式括號內(nèi)的兩項與溫度的關(guān)系可忽略。因此 （5-6） 式中， 為常數(shù)。 由此可見，PN結(jié)兩端電壓 與溫度成線性關(guān)系。,基本特性 正向電流一定時，二極管PN結(jié)溫度傳感器PN結(jié)兩端電壓與溫度之間的關(guān)系在相當寬的溫域內(nèi)具有良好的線性，見圖5-2a。,圖5-2 PN結(jié)溫度傳感器的特性 a）二極管PN結(jié)的溫度特性 b）晶體三極管PN結(jié)的溫度特性,晶體三極管PN結(jié)溫度傳感器 1.

3、基本原理 硅晶體三極管的 約有2mV/的溫度系數(shù)。利用這一性質(zhì)可制成小型的晶體三極管溫度傳感器。 由晶體管原理可知， 、 與熱力學溫度T有下列關(guān)系： 式中， 為與基極偏壓有關(guān)的常數(shù)； 為由基區(qū)少數(shù)載流子特性決定的常數(shù)。 2.基本特性 由式（5-7）可見， 一定時， 基本上與溫度T成線性關(guān)系。但溫度較高時，非線性誤差較嚴重，見圖5-2b。,5.2.3 集成（IC）溫度傳感器,集成（IC）溫度傳感器是指把溫度敏感元件與后續(xù)放大器集成于一片芯片上，組成傳感與放大為一體的功能器件的傳感器。 溫度敏感元件的原理與晶體管PN結(jié)溫度傳感器相似。 電壓輸出型IC溫度傳感器 其電路原理見圖5-3。 電流輸出型I

4、C溫度傳感器 見圖5-4。,電壓輸出型IC溫度傳感器,圖5-3 電壓輸出型IC溫度傳感器 a）溫度敏感元件 b）IC溫度傳感器原理,電流輸出型IC溫度傳感器,圖5-4 電流輸出型IC溫度傳感器 a）內(nèi)部電路 b）IU轉(zhuǎn)換運用等效電路,5.2.4 石英振子溫度傳感器,利用石英晶體切片構(gòu)成振子，其諧振頻率 隨溫度變化而變化的特性構(gòu)成測溫傳感器。其諧振頻率 為： 式中， 為諧波次數(shù)； 為晶片厚度； 為晶體密度； 為常數(shù)。 在一般情況下， 、 、 均與溫度有關(guān)，其中 、 與晶片切割方向有關(guān)。 選擇某一切割方向，可使 、 、 三者的變化互相抵消，則 隨溫度t的變化極小；若選擇另一切割方向，可使三者隨溫度

5、的變化互相加強，則 隨溫度的變化就十分明顯，此法可用于測溫。,頻率與溫度之間的關(guān)系為： （5-11） 式中， 、 分別為溫度 、 時的振蕩頻率； 、 、 分別為一次、二次、三次頻率溫度系數(shù)。 由式（5-11）可見，選擇某一切割方向切下的晶片，能使 、 、 隨溫度變化引起頻率的變化量相互抵消，即溫度變化后， 仍等于 ，故此方向切下的晶片可作為頻率基準源的振子，如石英晶體振蕩器的振子。但是，也可選擇另一切割方向，使 、 隨溫度的變化幾乎為零，而 為最大，那么，式（5-11）可寫成 （5-12） 式中， 為頻率系數(shù)； 。 由上式可見， 與 成線性關(guān)系。用于測溫元件的石英振子是按LC方向切割的。,5.

6、2.5 微型溫度傳感器應(yīng)用實例,具有溫度自動補償?shù)募t外測溫儀 本測溫儀采用LN-206P或IRA001S熱釋電傳感器，該傳感器在調(diào)制光的頻率為7Hz以下工作，在1Hz獲得最高頻響靈敏度可達1100V/W（在溫度500K時）。因此，必須把被測物體發(fā)射的連續(xù)紅外光調(diào)制成1Hz的脈沖光。該儀器組成框圖見圖5-5。,圖5-5 傳感器與測溫儀組成框圖 1調(diào)制盤 2傳感器 3電動機 4溫度補償二極管,集成紅外探測報警器,本紅外探測/報警器選用SD02型熱釋電傳感器，該傳感器內(nèi)含敏感元件、濾光片和場效應(yīng)晶體管，其外型見圖5-6a。其中，1腳為漏極；2腳為源極；3腳為地。當采用源極輸出接法時，源極電壓 0.4

7、1.0V 。 該傳感器的峰值波長 9.4m，當人體體溫為3637時，發(fā)出的紅外線波長為910m。因此，該傳感器對移動的人體具有峰值頻響，作為人體探測/報警器的傳感元件極為合適。,圖5-6 集成紅外探測/報警器原理 a）SD02傳感器結(jié)構(gòu) b）報警器原理電路,15路巡回紅外探測報警器,該巡回紅外探測器可對15路進行人體移動探測和聲光報警，適用倉庫的防盜報警。 該裝置選用HN911系列熱釋電集成傳感器，其內(nèi)部含有熱釋電檢測元件，選頻放大器，信號處理電路，延遲電路，溫度補償電路和高低電平輸出電路等，其管腳排列見圖5-7a。圖中，6腳為地；3腳為VDD；4與5腳間接100 變阻器調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度；1

8、與2腳為輸出，靜態(tài)時，1腳輸出低電平，2腳輸出高電平；當有移動人體進入探測區(qū)域時，1腳由低電平變高電平，2腳由高電平變低電平。單片HN911的探測距離達15m。,數(shù)字體溫表,體溫表以晶體管PN結(jié)作為溫度敏感元件，見圖5-8。由圖可見，敏感元件V的 隨被測溫度的增加而負向變化，經(jīng)運算放大器后為 。調(diào)節(jié)后RP2便調(diào)節(jié)了A的閉環(huán)放大倍數(shù)，使?jié)M足050時， 。調(diào)節(jié)RP1可調(diào)節(jié)體溫計的零點。數(shù)字體溫計的精度可達0.05。 數(shù)字體溫計亦可用于測量電氣元件、設(shè)備及電子元件表面某點的溫度。,圖5-8 數(shù)字體溫表原理,高精度溫度測量儀,原理框圖見圖5-9。由圖可見，利用石英振子作為溫度敏感元件，它作為熱敏振蕩器的振蕩元件?；鶞收袷幤鞯妮敵鲂盘枮榉€(wěn)定度極高的2.8MHz，經(jīng)10倍頻后，與熱敏振蕩器的振蕩元件的輸出信號 混頻，其差頻為 。 28MHz為對應(yīng)于被測溫度T=0時的頻率。隨著T的變化， 變化， 也變化。2.8MHz信號經(jīng)時基選擇（見虛線框）后為 信號，作為門電路的開門信號，開