溫敏二極管高精度互換修正技術(shù)的研究與應(yīng)用

韓日華

摘要：本文通過(guò)分析溫敏二極管在不同工況下的測(cè)溫靈敏度及精度，采用了高精度互換電路設(shè)計(jì)，并提出了相關(guān)修正方法。實(shí)驗(yàn)表明，采用高精度互換設(shè)計(jì)的技術(shù)架構(gòu)可以有效解決元件批次和環(huán)境帶來(lái)的PN節(jié)電壓浮動(dòng)問題，可以將量產(chǎn)化的醫(yī)療體溫測(cè)量系統(tǒng)精度控制在0.1℃誤差內(nèi)，具有較好的應(yīng)用前景和價(jià)值。

關(guān)鍵詞：溫敏二極管;高精度互換;體溫監(jiān)測(cè)

1 ?引言

不同材料溫敏二極管的靈敏度大約都在-1.8至-2.2mV/℃，而且相同材料的溫敏二極管其零點(diǎn)工作電壓也不一致，在醫(yī)療設(shè)備體溫測(cè)溫電路設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)同種材質(zhì)的溫敏二極管其偏差電壓對(duì)測(cè)溫精度影響較大，無(wú)法進(jìn)行大批量生產(chǎn)。本文介紹了一種溫敏二極管應(yīng)用于體溫測(cè)溫的高精度互換設(shè)計(jì)及修正方法，可使得批量溫敏二極管生產(chǎn)的測(cè)溫傳感器能夠滿足體溫測(cè)溫精度0.1℃的技術(shù)指標(biāo)要求。

2 PN結(jié)測(cè)溫原理

眾所周知，PN結(jié)測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是著名的Shockley方程式，對(duì)于理想二極管對(duì)于正向電壓Uf不是太小，則當(dāng)正向電流為If時(shí)，其正向電壓Uf和溫度T之間的關(guān)系可由下式表示：

3電路設(shè)計(jì)及修正方法

3.1溫敏二極管測(cè)溫系統(tǒng)框圖

體溫溫度檢測(cè)范圍一般常規(guī)溫度范圍在34.0℃-42.0℃之間，在溫敏二極管信號(hào)電路中有效電壓變化范圍為V=8℃*4mV/℃=32mV;A/D采集模塊的基準(zhǔn)電壓選用3.3V，因低電壓區(qū)和高電壓區(qū)具有非線性則可取0.15V-3.15V的3V電壓范圍進(jìn)行采集數(shù)據(jù);則溫敏二極管信號(hào)電路可進(jìn)行放大倍數(shù)A=3000mV/32mV=93.75;A/D采集模塊一般可采用12位AD芯片，對(duì)應(yīng)的采集位數(shù)為4096點(diǎn)，一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度分辨率為8℃/4096=0.00195≈0.002℃/數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過(guò)顯示模塊將采集完成的溫度信號(hào)進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)，顯示分辨率可達(dá)0.01℃。

3.2溫敏二極管測(cè)溫修正方法

通過(guò)設(shè)置不同的水溫，控制模塊獲得被測(cè)溫敏二極管在不同水溫的導(dǎo)通電壓，通過(guò)與控制模塊中預(yù)設(shè)的靈敏度及導(dǎo)通電壓參考值比較，計(jì)算出該溫敏二極管應(yīng)搭配的補(bǔ)償電阻的阻值），并顯示在所述交互模塊上，所述交互模塊上還顯示基準(zhǔn)測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)溫度值、溫敏二極管測(cè)量溫度、補(bǔ)充電阻值。操作人員根據(jù)校準(zhǔn)裝置計(jì)算得出的補(bǔ)償電阻的阻值，選擇合適的補(bǔ)償電阻，按校準(zhǔn)裝置所示的連接方式連接到檢測(cè)座上，再一次對(duì)該溫敏二極管進(jìn)行測(cè)試，如測(cè)試合格，則該溫敏二極管校準(zhǔn)完成，可將補(bǔ)償電阻直接焊接到溫敏二極管上。

4實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

將恒溫水槽分別設(shè)定為34℃、38℃、42℃;恒流源電流設(shè)定為1mA電流值;待恒溫槽溫度穩(wěn)定后，分別記錄34℃、38℃、42℃時(shí)溫敏二極管的正向電壓VFV、顯示模塊顯示的溫度值、基準(zhǔn)溫度儀讀數(shù)、補(bǔ)償電阻的阻值、靈敏度;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1：

將表1計(jì)算補(bǔ)充電阻值（四舍五入）與溫敏二極管串聯(lián)焊接，將恒溫水槽分別設(shè)定為34℃、38℃、42℃;恒流源電流設(shè)定為1mA電流值;待恒溫槽溫度穩(wěn)定后，分別記錄34℃、38℃、42℃時(shí)溫敏二極管的正向電壓VFV、顯示模塊顯示的溫度值、基準(zhǔn)溫度儀讀數(shù)、靈敏度;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2：

5結(jié)論

通過(guò)溫敏二極管測(cè)溫修正方法在靈敏度和導(dǎo)通電壓出現(xiàn)誤差的溫敏二極管上連接補(bǔ)償電阻，使溫敏二極管的靈敏度和導(dǎo)通電壓回歸誤差允許范圍內(nèi)，從補(bǔ)償后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知最大偏差在0.05℃，具有良好的互換性，進(jìn)行正常的溫度檢測(cè)，提高了溫敏二極管的合格率，降低了溫敏二極管生產(chǎn)成本，提高了溫敏二極管的測(cè)溫精度。

6參考文獻(xiàn)

[1] 張維新等編. 半導(dǎo)體傳感器 . 天津： 天津大學(xué)出版社 ， 1990.

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[3]曲偉峰 《半導(dǎo)體敏感器件》 1986年 ， 第一期.