集成温度传感器

集成温度传感器,集成温度传感器,我国目前实行的是1990年国际温标(ITS90） (ITS90）定义: 国际开尔文温度（T90） 国际摄氏温度（t90）； T90 ：单位（K）开尔文 t90 ：单位（C）摄氏 两者关系为： t90/ = T90/ K 273.15 或t/ = T/ K 273.15,温度单位： 热力学温度是国际上公认的最基本温度,温度传感器,温度传感器的种类很多，按价格和性能可分为： 热膨胀温度传感器，有液体、气体的玻璃式温度 计、 体温计，结构简单，应用较广泛； 家电、汽车上使用的温度传感器，价格便宜、用 量大、成本低、性能差别不大； 工业上使用的温度传感器，性能价格差别比较大， 因为传感器的精度直接关系到产品质量和控制 过程，通常价格比较昂贵。,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器,目前国内外应用最普遍的集成温度传感器是：AD590、AD592、TMP17、LM135等，是上世纪80年代问世的，可以完成温度测量及模拟信号输出的专用IC； 模拟集成温控模块，LM56、AD22105等，是可编程的温控开关模块； 智能温度传感器、温控器将A/D转换电路，ROM存储器集成在一个芯片上，自90年代问世以来，被广泛应用于自动控制系统，,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器,集成温度传感器利用PN结的电流、电压特性与温度的关系测量温度，由于PN结受耐热性能的限制，一般测量温度范围在150以下。 集成温度传感器把热敏晶体管和外围电路、放大器、偏置电路及线性电路制作在同一芯片上，构成一体化的专用集成器件； 特点： 集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点。,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器集成温度传感器测温原理,PN结伏安特性方程：,Is 反向饱和电流；U 外加电压；UT =KT/q 温度电压当量t =300k(室温）, UT 26mv,目前集成温度传感器多采用差分对管作为敏感元件，利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管对的，基极发射极之间电压VBE的差与温度呈线性关系。,PN结加正向电压时,PN结加反向电压时,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器集成温度传感器测温原理,（PTAT）绝对温度比例电路 Proportiond to absolute temperature,集成温度传感器（PTAT）基本电路原理图,绝对温度比例电路由V1、V2两只互相匹配、性能完全相同的温敏晶体管构成； 集电极电流分别为I1、I2是由恒流源（晶体管）提供； 电阻R上的电压Vbe是两个晶体管发射极和基极之间电压差。,R,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器集成温度传感器测温原理,晶体管伏安方程式：,正比于绝对温度 T，只要保证 恒定，就可以使 与 温度 T 为单值函数。,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器集成温度传感器测温原理,由方程式可见：,因为集电极电流比等于集电极电流密度比，那么只要保证两只晶体管的集电极电流密度比不变，电阻R上的电压就可以正比于热力学温度T。电路的核心是使两只管子的集电极电流密度之比不随温度变化，实际制作时，特意将T1、T2发射结面积作的不相等，面积比为，电阻R上的电压差 取决与发射结面积比。,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器集成温度传感器测温原理,VT2的发射极设计成条形，VT1用同样条形并联，可严格控制结的面积，两管面积比变为简单的条数比，电路输出总电流为：,电路输出总电流与温度系数有关，与电流无关面积比n大小决定灵敏度大小。,传感器原理及应用,温度传感器,1）电压输出型 输出电压正比于绝对温度； V1、V2的发射结压降之差 全部落在电阻R1上，流过R1上电流为：,集成温度传感器集成温度传感器信号输出方式,电压输出型电路,电路输出为：,可见输出电压U0与绝对温度T成正比关系,传感器原理及应用,温度传感器,集成温度传感器 集成温度传感器信号输出方式,2）电流输出型 V1、V2是结构对称的晶体管作为恒流源负载， V3、V4是测温用晶体管，V3发射结面积是V4管的8倍（=8），流过电路的总电流是：,若R=358，电路输出温度系数为：,温度变化1度（开尔文），输出电流1A,集成温度传感器,热电偶热电效应,两种不同类型的金属导体，导体两端分别接在一起构成闭合回路，当两个结点温度不等（TT0）有温差时，回路里会产生热电势，形成电流，这种现象称为热电效应。利用这种效应，只要知道一端结点温度，就可以测出另一端结点的温度。,集成温度传感器,热电偶热电效应,不同金属自由电子密度不同，当两种金属接触在一起时，在结点处会产生电子扩散，浓度大的向浓度小的金属扩散。浓度高的失去电子显正电，浓度低的得到电子显负电。当扩散达到动态平衡时，得到一个稳定的接触电势。,不同金属自由电子密度不同,(1)两种导体的接触电势,热电偶,工作原理当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。,热电偶,工作原理接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势差V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图2-1(b)所示。