第3章 半导体温度传感器基础ppt课件.ppt

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1、第三章半导体温度传感器1热量及与之相关的温度是人类生活关系最为密切的物理量，也是人类研究最早、检测方法最多的物理量之一。自古以来，许多测量方法已为人们所熟知。随着社会的发展与进步，温度检测的重要性日益提高，温度传感器的应用范围也日益扩大。在工业、农业、交通运输、防灾、医疗、空间及海洋开发、家用电器等各个领域中都离不开温度传感器。概述2传感器的分类温度传感器按使用的方式可分为两大类：测温时使传感器与被测物体直接接触的称为接触型温度传感器；传感器与被测物体不接触，而是利用被测物体发出的热辐射来测量的称为非接触型温度传感器。温度是一个状态量，从超低温到超高温，范围极宽。同时，

2、由于测量对象繁杂多样，因而没有任何一种温度传感器能够覆盖整个温度范围而又能满足一定的测量精度，而只能根据不同温度范围和不同检测对象，恰当地选择不同的传感器。3第1节半导瓷热敏电阻温度传感器半导瓷热敏电阻一般是用金属氧化物为原料，采用陶瓷工艺制备的具有半导体特性的陶瓷电阻器。这些热敏电阻的共同特点是灵敏度高、重复性好、工艺性强，而且便于工业化生产，因而成本较低。目前已广泛用于工业、农业、科研、国防等各个领域。半导瓷热敏电阻主要有三种类型，即PTC热敏电阻、NTC热敏电阻和CTR热敏电阻。PTC热敏电阻是指具有正温度系数的热敏电阻，即其电阻值随温度的升高而增加。NTC热敏电

3、阻的阻值则随温度的上升而减小。CTR热敏电阻的特点是当温度变化到某一数值（临界温度）时，其电阻值会在几度的温度范围内下降3~4个数量级，常用于自动控制及温度报警电路中。43-1-1半导瓷热敏电阻的基本特性一、零功率电阻值（RT）零功率电阻值是指在规定的温度下，测量热敏电阻的电阻值，测量时应保证该电阻的功耗低到因其本身的功耗引起的电阻值的变化小到可以忽略的地步。此时，测得的电阻值即为热敏电阻的零功率电阻值。25度下的零功率电阻值称为额定电阻值。5二、电阻—温度特性电阻—温度特性是指在静止的空气中测得的热敏电阻的零功率电阻值与其温度之间的依赖关系。PTC、NTC、及CTR热

4、敏电阻的典型电阻—温度特性如上图所示。6三、电阻—温度系数（　）电阻—温度系数是在规定温度下，热敏电阻的零功率电阻值的相对变化率与产生这种变化的温度增量之比，即7四、类别温度范围类别温度范围是指在零功率的条件下，热敏电阻可连续工作的环境温度范围，不同类型或不同型号的热敏电阻，具有不同的类别温度范围。通常在相应的产品详细规范中给出。8五、热敏电阻的最大功率（Pmax）热敏电阻的最大功率是指在25度静止空气中，能长期施加在元件上的最大功耗。9热敏电阻的耗散系数定义为热敏电阻功率耗散的变化量（ΔP）与该元件的温度变化量（ΔT）之比，即热敏电阻的体温每升高１度所消耗的功率：六、

5、热敏电阻的耗散系数（）1011从另一个角度看，在该时间内，令电阻本体温度变化了　，则其耗散的热量为显然有：或者解得式中　　　　　，称为热敏电阻的热时间常数。由上式可知，当时，有即12时间常数的物理意义热敏电阻在零功率状态下，当环境温度从一个特定值相另一个特定值变化时，电阻体温度变化了这两个特定温度之差的63.2%所用的时间。13九、静态伏—安特性是指在25度静止空气中热敏电阻在建立了热平衡以后，加在其两端的电压与稳定电流之间的关系。不同类型的热敏电阻具有不同的静态伏—安特性。以上几种特性参数是各类热敏电阻所共有的。除此以外，各类热敏电阻尚有各自特殊的特征参数。14半导瓷

6、热敏电阻的制备工艺流程配料球磨预烧球磨成型烧成被电极测试153-1-2PTC热敏电阻PTC热敏电阻通常是用　　　　掺入稀土元素使之半导化而制成的。一、导电机理大量实验证明：BaTiO3半导瓷的PTC效应是由于晶粒边界上的肖特基势垒引起的，如下图所示。16图中，NC、NS分别为导带状态密度和表面态密度；ES为表面态距导带底的距离；EF为费米能级。势垒高度　可通过求解泊松方程获得：17二、性能参数１.电阻—温度特性典型的电阻—温度特性如右图所示。图中，曲线Ⅰ为突变型（开关型），曲线Ⅱ为缓变型（直线型）。18曲线Ⅰ上Tb为开关温度，对应的零功率电阻Rb为开关电阻值。开关温度是

7、由材料的居里温度决定的。常用的PTC热敏电阻的开关温度，从０度到340度每隔10度一档系列化。居里温度的移动是通过改变材料的配方实现的。开关温度表征开关型PTC热敏电阻器的电阻值产生阶跃增大时的温度，工程上一般规定阻值增大到最小电阻值Rmin的2倍时的温度。Rp为直热式PTC热敏电阻的平衡点电阻，指在25度静止空气中，对PTC元件施加最大工作电压Vmax（指热敏电阻能够长期稳定工作在开关状态下的最大电压），当电阻体的温度平衡时所具有的电阻值。平衡点电阻对应的温度19２.电流—时间特性电流—时间特性是指当PTC元件两端加上额定工作电压时，流