z元件温度补偿技术论文

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1、Z元件温度补偿技术论文8摘要：本详细地介绍了光敏Z-元、磁敏Z-元以及力敏Z-元的温度补偿原理与补偿方法，供用户利用光、磁、力敏Z-元进行应用开发时参考。关键词：Z-元、敏感元、温度补偿、光敏、磁敏、力敏一、前言半导体敏感元对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元的常见问题，Z-元也不例外。本在前述的基础上，详细介绍Z-元的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏Z-元应用开发参考。不同品种的Z-元均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大

2、和A/D转换就可与计算机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息时代具有广泛的应用前景，这是Z-元的技术优势。但由于Z-元是半导体敏感元，对环境温度影响必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏Z-元的温度灵敏度外，还必须研究Z-元所特有的温度补偿技术。Z-元的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的Z-元，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。二、模拟量输出的

3、温度补偿对Z-元的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。1．应用电路Z-元的模拟量输出有正向(1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1(a)为正向应用，图1(b)为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。2．温度补偿原理和补偿方法在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：TS：标准温度T：工作温度QS：标准温度时的静态工作点Q：工作温度时的静态工作点QS￠：温度补偿后的静态工作点VS：标准温度时的输出电压V：工作温度时的输出电压在标准温度TS时，由电电压E、负载电阻RL决定的负载线与TS时的1区伏

4、安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点QS，输出电压为VS。当环境温度从TS升高到T时，静态工作点QS沿负载线移动到Q，相应使输出电压由VS增加到V，且V＝VS＋DV，产生输出漂移DV，。若采用补偿措施在环境温度T时使工作点由Q移动到QS￠，使输出电压恢复为V，则可抑制输出漂移，使DV＝0，达到全补偿。(1)利用NT热敏电阻基于温度补偿原理，在图1(a)、(b)中，利用NT热敏电阻Rt取代负载电阻RL，如图3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如图2所示。在图3电路中，标准温度TS时负载电阻为Rt，当温度升高到工作温度T时，使其阻值为Rt￠，可使静态工作点由Q推移到QS￠，由

5、于Rt<Rt￠，故应选NT热敏电阻。当温度漂移量DV已知时，只要确定标准温度时的Rt值及合适的温度系数(即B)值，使得在工作温度时的阻值为Rt￠，即可达到全补偿。(2)改变电电压基于温度补偿原理，补偿电路如图4(a)、(b)所示，图为补偿过程解析图，其中负载电阻RL值不变，当温度由TS升到T时，产生输出漂移DV，为使DV=0，可使ES相应增大到ES￠，若电电压的调整量为DE，且DE=ES￠-ES，要满足DE=-DV的补偿条，可达到全补偿。其中，为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且：为了得到满足补偿条

6、的按温度调变的电电压，实际补偿时可采用缓变型PT热敏电阻、NT热敏电阻或温敏Z-元改变电电压E，达到补偿的目的：①采用缓变型PT热敏电阻采用缓变型PT热敏电阻的补偿电路如图6所示。在图6中，Z-元与负载电阻RL构成工作电路，工作电路的直流电电压E由集成稳压电L317电路供电，Rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻Rt的L317电路的输出电压为：按温度补偿要求，当温度增加时，电电压E应该增加，Rt应该增加，故Rt应选缓变型PT热敏电阻。R2用于设定电压E的初始值，合理选择PT热敏电阻Rt的初始值及其温度系数，使之满足DE=-DV的补偿条即可达到补偿的目的。②采用NT热敏电阻因缓变型P

7、T热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用NT热敏电阻。若采用NT热敏电阻进行补偿时，也可采用图6所示电路，但要把R1与Rt互换位置。当采用NT型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器，实际补偿电路如图7所示。在图7中，Rt为NT热敏电阻，A为由单电V供电的反相输入运放构成的比例放大器，通过该运放的反相作用，使L317的输出电压E适合工作Z-元工作电压E的补偿极性要求。例如，温度升高时，E下降，E增加；反之温度降低时，E增加，E减少。该补偿电路的另