韓日華

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

關(guān)鍵詞：溫敏二極管;高精度互換;體溫監(jiān)測

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工作電壓也不一致，在醫(yī)療設(shè)備體溫測溫電路設(shè)計中發(fā)現(xiàn)同種材質(zhì)的溫敏二極管其偏差電壓對測溫精度影響較大，無法進行大批量生產(chǎn)。本文介紹了一種溫敏二極管應(yīng)用于體溫測溫的高精度互換設(shè)計及修正方法，可使得批量溫敏二極管生產(chǎn)的測溫傳感器能夠滿足體溫測溫精度0.1℃的技術(shù)指標要求。

2 PN結(jié)測溫原理

眾所周知，PN結(jié)測溫的理論基礎(chǔ)是著名的Shockley方程式，對于理想二極管對于正向電壓Uf不是太小，則當正向電流為If時，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)計及修正方法

3.1溫敏二極管測溫系統(tǒng)框圖

體溫溫度檢測范圍一般常規(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電壓范圍進行采集數(shù)據(jù);則溫敏二極管信號電路可進行放大倍數(shù)A=3000mV/32mV=93.75;A/D采集模塊一般可采用12位AD芯片，對應(yīng)的采集位數(shù)為4096點，一個數(shù)據(jù)點所對應(yīng)的溫度分辨率為8℃/4096=0.00195≈0.002℃/數(shù)據(jù)點。通過顯示模塊將采集完成的溫度信號進行顯示數(shù)據(jù)，顯示分辨率可達0.01℃。

3.2溫敏二極管測溫修正方法

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

4實驗與結(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℃時溫敏二極管的正向電壓VFV、顯示模塊顯示的溫度值、基準溫度儀讀數(shù)、補償電阻的阻值、靈敏度;實驗數(shù)據(jù)如表1：

將表1計算補充電阻值（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℃時溫敏二極管的正向電壓VFV、顯示模塊顯示的溫度值、基準溫度儀讀數(shù)、靈敏度;實驗數(shù)據(jù)如表2：

5結(jié)論

通過溫敏二極管測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)，從補償后的實驗數(shù)據(jù)可知最大偏差在0.05℃，具有良好的互換性，進行正常的溫度檢測，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溫精度。

6參考文獻

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

[2] 張聲豪 溫敏二極管的優(yōu)化設(shè)計計算 廈門大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版 ） ， 2000，39（1）36-39.

[3]曲偉峰 《半導(dǎo)體敏感器件》 1986年 ， 第一期.