温敏二极管高精度互换修正技术的研究与应用

韩日华

摘要：本文通过分析温敏二极管在不同工况下的测温灵敏度及精度，采用了高精度互换电路设计，并提出了相关修正方法。实验表明，采用高精度互换设计的技术架构可以有效解决元件批次和环境带来的PN节电压浮动问题，可以将量产化的医疗体温测量系统精度控制在0.1℃误差内，具有较好的应用前景和价值。

关键词：温敏二极管;高精度互换;体温监测

1  引言

不同材料温敏二极管的灵敏度大约都在-1.8至-2.2mV/℃，而且相同材料的温敏二极管其零点工作电压也不一致，在医疗设备体温测温电路设计中发现同种材质的温敏二极管其偏差电压对测温精度影响较大，无法进行大批量生产。本文介绍了一种温敏二极管应用于体温测温的高精度互换设计及修正方法，可使得批量温敏二极管生产的测温传感器能够满足体温测温精度0.1℃的技术指标要求。

2 PN结测温原理

众所周知，PN结测温的理论基础是著名的Shockley方程式，对于理想二极管对于正向电压Uf不是太小，则当正向电流为If时，其正向电压Uf和温度T之间的关系可由下式表示：

3电路设计及修正方法

3.1温敏二极管测温系统框图

体温温度检测范围一般常规温度范围在34.0℃-42.0℃之间，在温敏二极管信号电路中有效电压变化范围为V=8℃*4mV/℃=32mV;A/D采集模块的基准电压选用3.3V，因低电压区和高电压区具有非线性则可取0.15V-3.15V的3V电压范围进行采集数据;则温敏二极管信号电路可进行放大倍数A=3000mV/32mV=93.75;A/D采集模块一般可采用12位AD芯片，对应的采集位数为4096点，一个数据点所对应的温度分辨率为8℃/4096=0.00195≈0.002℃/数据点。通过显示模块将采集完成的温度信号进行显示数据，显示分辨率可达0.01℃。

3.2温敏二极管测温修正方法

通过设置不同的水温，控制模块获得被测温敏二极管在不同水温的导通电压，通过与控制模块中预设的灵敏度及导通电压参考值比较，计算出该温敏二极管应搭配的补偿电阻的阻值），并显示在所述交互模块上，所述交互模块上还显示基准测温儀监测的实时温度值、温敏二极管测量温度、补充电阻值。操作人员根据校准装置计算得出的补偿电阻的阻值，选择合适的补偿电阻，按校准装置所示的连接方式连接到检测座上，再一次对该温敏二极管进行测试，如测试合格，则该温敏二极管校准完成，可将补偿电阻直接焊接到温敏二极管上。

4实验与结果

将恒温水槽分别设定为34℃、38℃、42℃;恒流源电流设定为1mA电流值;待恒温槽温度稳定后，分别记录34℃、38℃、42℃时温敏二极管的正向电压VFV、显示模块显示的温度值、基准温度仪读数、补偿电阻的阻值、灵敏度;实验数据如表1：

将表1计算补充电阻值（四舍五入）与温敏二极管串联焊接，将恒温水槽分别设定为34℃、38℃、42℃;恒流源电流设定为1mA电流值;待恒温槽温度稳定后，分别记录34℃、38℃、42℃时温敏二极管的正向电压VFV、显示模块显示的温度值、基准温度仪读数、灵敏度;实验数据如表2：

5结论

通过温敏二极管测温修正方法在灵敏度和导通电压出现误差的温敏二极管上连接补偿电阻，使温敏二极管的灵敏度和导通电压回归误差允许范围内，从补偿后的实验数据可知最大偏差在0.05℃，具有良好的互换性，进行正常的温度检测，提高了温敏二极管的合格率，降低了温敏二极管生产成本，提高了温敏二极管的测温精度。

6参考文献

[1] 张维新等编. 半导体传感器 . 天津： 天津大学出版社 ， 1990.

[2] 张声豪 温敏二极管的优化设计计算 厦门大学学报 （自然科学版 ） ， 2000，39（1）36-39.

[3]曲伟峰 《半导体敏感器件》 1986年 ， 第一期.