兰州交通大学：《电气测试技术》课程教学资源（课件讲稿，打印版）第5章 微型化和智能化传感器

电气测试技术 第5章微型化和智能化传感器 第5章微型化和智能化传感器 5.1概述 5.2微型温度传感器 5.3硅压阻式微型压力传感器 5.4电容式微型传感器 5.5智能化变送器 州交通大学

电气测试技术 第5章微型化和智能化传威器 5,1桡述 ·随着微电子技术、微计算机技术和网络通信技术的发展，传感器也步 入了微型化和智能化的发展时代。 ·由于大规模和超大规模集成电路的发展，可将组成传感器的多个单元 集成在一块芯片上，包括检测元件、信号的调制、解调电路、信号放 大和转换电路、线性化处理、输入、输出电路和通信功能等模块集成 在一块或二块芯片上，从而极大地缩小了传感器的体积，为传感器的 微型化创造了条件。 微计算机（尤其是单片机）在传感器中的应用，利用其强大的控制与 信号处理能力，传感器的功能更加强大。例如，自动零点和增益校正、 贵接香盒腰醉子希配、监时 。 随着网络通信技术的发展，传感技术的发展已进入崭新的发展阶段。 各种现场总线在传感器中的应用，传感器已实现了网络化。 同菌州文通大￥

电气测试技术 第5章微型化和智幅化传威器 微型化与智能化传感器的特点 1.精度高 2.高可靠性与高稳定性 3.高信躁比与高分辨率 4.功能更强大 5.自适应能力强 6.体积小 7.性能价格比高 微型传感器与智能传感器是当前世界传感技术 发展的重要趋势。 回前州克通大￥

电气测试技术 第5章截型化和智候化传威器 5.2微型温度传藏器 5,2.1热释电温度传感器 5,2.2PN猪温度传感器 5,2.3集成(IC)温度传感器 5,2.4石英振子温度传感器 5,2.5微型温度传感器应用实例 回前州克通大￥

电气测试技术 第5章微型化和智“化传威器 5,2.1热释电温度传感器 ·热释电晶体具有自发的电极化能力，电极化强度与温度有 关，晶体的这种性质称为热释电效应。 交变红外光 图5-1热释电温度传感器原理 a)热释电效应b)等效电路c)极化强度与温度的关系 同菌州文通大￥

电气测试技水 第5章微型化和智能化传威器 5,2.2PN猪温度传感器 利用PN结的温度特性可做成各种测温传感器。 >二极管PN结温度传感器 基本原理如前所述，PN结电流I与电压U的关系为： I=1.Aeqlkr 式中，A为PN结横截面积； q为流过PN结的电荷量(9=1.6×10-19C); k为玻尔兹曼常数(k=1.38×103J/K): T为热力学温度。 在载流子注入情况下，流过PN结反向饱和电流I,可表示为： 1，-9L2 回前州克通大￥

电气测试技术 第5章微型化和智“化传威器 对硅单晶n,=Be9G(2k)(5-5) 式中，B=3.87×106T32;U。为禁带宽度。 联立求解式(5-3)~式(5-5)得： U=U。-2.30270g92B4-1g) 般情况下，上式括号内的两项与温度的关系可忽略。因此 U=UG-KT (5-6) 式中，K=4.60k/q为常数。 由此可见，PN结两端电压与温度成线性关系。 同菌州文通大￥

电气测试技术 第5章截型化和智幅化传威器 基本特性正向电流一定时，二极管PN结温度传感器PN结 两端电压与温度之间的关系在相当宽的温域内具有良好的 线性，见图5-2a。 1.0 1.0 08 30s 0.6 Si 3o.6 0.4 0.4 Ge 040-20020406080 01000100200300 a b) 图5-2PN结温度传感器的特性 a)二极管PN结的温度特性b)晶体三极管PN结的温度特性 回前州克通大￥

电气测试技术 第5章微型化和智幅化传威器 >晶体三极管PN结温度传感器 1.基本原理硅晶体三极管的U.约有2mV/℃的温度系数 利用这一性质可制成小型的晶体三极管温度传感器。 由晶体管原理可知，U、I。与热力学温度T有下列关系： Ue-U。-红)n 式中，Q为与基极偏压有关的常数：y为由基区少数载流子 特性决定的常数。 2基本特性由式(5-7)可见，1。一定时，U基本上与温度T 成线性关系。但温度较高时，非线性误差较严重，见图5 2b。 同菌州克通大￥

电气测试技术 第5章截型化和智幅化传威器 5,2.3集成(1C)温度传感器 ·集成(IC)温度传感器是指把温度敏感元件与后续放大器 集成于一片芯片上，组成传感与放大为一体的功能器件的 传感器。 ·温度敏感元件的原理与晶体管PN结温度传感器相似： ①电压输出型1C温度传感器其电路原理见图5-3。 ②电流输出型1C温度传感器见图5-4。 回前州克通大￥