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S730贴片温度传感器

1.工业二极管温度传感器概念

 工业二极管温度传感器(以下简称DS)又叫工业温敏二极管或工业PN结温度传感器,是一种线性化输出的负温度系数(NTC)热敏元件。

DS在一定的正向工作电流模式下,其正向电压值随温度呈近似或完全的线性变化,利用这一特性实现对各种环境温度的测量与控制。

DS是标准化、稳定、性价比高、大规模生产的温度传感器,因此称工业二极管温度传感器。

 2.主要特点

DS主要特点是在工作温度范围内,其正向电压-温度关系为近似的直线和宽量程,如图1所示。这一优秀的特性,方便测温、控温电路设计,几乎不需要线性化处理,就可以完成宽量程测控温电路或终端的设计与工业化大生产。

 

 
 


    图1  S673 Vf-t特性

 

DS可在-230~+300℃工作,S673与S730量程为-230-150℃;S750为-230-300℃。

3.供电电路

分为恒流源供电与恒压源供电两种,如图2所示。

(1)恒流源供电

 

       
   


DS的正向电压随电流呈对数的变化,比较缓慢,因此恒流   恒流源供电                恒压源供电

 

               图2  DS工作电路图  

工作时,工作电流发生微小的变化,不会引起较大的误差,这是DS与热敏电阻不同的地方。 

(2)恒压源供电

恒压源供电时,限流电阻接在电源与DS正极之间,信号从DS正极与负极之间输出。设计限流电阻值R时,以在0℃时,使DS工作电流为100μA即可。如DS的基准电压为Vf0(mV),恒压源为V(mV),则

 

R=(V- Vf0)(mV)/0.1(mA)                      (1)

 

(3)恒流源与恒压源变化对Vf的影响

①恒流源电流变化对Vf的影响

ΔVf=K(273.15+t)ΔIf/If(mV)                  (2)

②恒压源电压变化对Vf的影响

ΔVf=K(273.15+t)ΔV/(V-Vf)(mV)              (3)

式中:ΔVf为Vf变化量,K为常数,0.086mV/K,ΔIf为恒流源变化量,ΔV为恒压源变化量,If为恒流源标准值,V为恒压源标准值,Vf为DS正向电压标准值。

4.温度系数S

 温度系数(又称灵敏度)S是DS的正向电压Vf随温度t的变化率,即温度每变化1℃,DS的正向电压变化值:

 S=△V/△t(mV/℃)                           (4)

 S的作用与热敏电阻的B值相似,但不同的是S在整个工作温度范围内大致不变,即-2mV/℃,这是与热敏电阻传感器不同的。

5.基准电压Vf0与特性公式

  基准电压是指DS置于0℃或室温25℃时,在通以工作电流(100μA)时的正向电压值。分别表示为Vf0或Vf25,该值出厂时标定,由于DS的温度系数S在工作温度范围内基本不变,所以,只要知道基准电压值Vf0,即可大致知道其它温度下的正向电压值,简易计算公式为:

Vf=Vf0+St                                    (5)

示例:如基准电压Vf0=672mV;温度系数S=-2mV/℃,则在50℃时,DS的输出电压Vf(50)=672—2×50=572(mV)。

6. 分度与分度表

DS的正向电压—温度之间是近似的线性关系,不是完全的线性,线性偏差约0.3%,更精确的正向电压—温度特性关系如下:

                                            (6)

  式中:Vf0为0℃时的基准电压,A、B、C为常数;t为摄氏温度。

根据(6)式,可以对DS进行分度,本公司发明了DS的分度方法和分度表。分度表作为DS生产与用户使用的依据。S系列DS是全世界唯一具有分度表的工业二极管温度传感器,它为产品设计工程师提供了精确的设计依据,为用户产品的自动化生产提供了保障。这是DS区别于其它同类产品的特征,也是本公司产品性价比高的原因之一,分度表奠定了DS作为工业传感器的基础。

S673、S730与S750的分度表如表1、表2、表3所示。

在恒压源工作条件下,由于提供DS的电流不再是恒流,所以DS的正向电压—温度特性与恒流源工作是不同的。分度表给出了不同恒压源下的分度表,需要其它恒压源和限流电阻下的分度表时,在用户给出恒压源供电电压值和限流电阻值后,本公司就可以提供相应工作条件下的DS分度表。

7.连接线

一般在-50~+150℃宜选用普通双引线;在-200~+20℃、100~200℃范围内应分别选用耐低温线和耐高温线。耐低温导线通常可选用塑胶导线;耐高温的导线,通常是聚酰亚胺等材料的导线。

连接线对DS信号是否有影响?由于DS内阻较大,所以影响不大,一般情况下传输距离可达1000米以上。如果距离再远,可以考虑将DS输出的信号转换成数字量,这样可以实现远距离信号传输。

8.线性度

  线性度是描述DS的正向电压值随温度变化的线性程度,是DS正向电压在工作温度范围内相对于理想直线的最大偏差。在恒流源供电下,DS的非线性典型值为±0.3%;在恒压源供电下,其线性会更好一些;在特殊的工作电流模式下,其正向电压与温度可以呈现完全的线性关系。因此,它是目前接触式温度传感器中线性最好的温度传感器。

9.精度

 精度是指在规定的工作条件下,DS的Vf值与分度表给出分度值的最大偏差,这个偏差通常按温度系数S折合成温度来表示。S系列DT产品精度分为五级:

A级:≤0.1℃;

B级:≤0.3℃;

C级:≤0.5℃;

D级:≤1℃;

E级:≤2℃。

也可以根据用户要求,提供不同精度等级的产品。

10.检验

 用户在购买DS后,可在恒流供电的条件下,依温区的范围,采用两点或三点测试,以检验精度、线性度和温度系数。一般情况下,最简单的检验方法只要检验基准电压值即可,所有电气参数,在交货时均有随货参数表(合格证),提供该批次DS的详细参数指标。

 对检测条件有如下要求:

 恒流源:100μA±0.5%;

 恒温温场:波动度:≤±0.05℃;

测试仪表:4位半或5位半数字电压表。

11.做温度补偿元件的优越性

由于DS的温度系数与晶体管电路中的晶体管基、射极电压的温度系数相同,将其做为稳定晶体管电路的工作点的基极偏流元件是非常合适的。而将几只元件串联使用,可以通过并联电位器方式,调节出不同的温度系数,达到精确的温度补偿效果。这种温度系数可调的补偿元件,无须繁杂设计,对元件的工作电流也无严格要求,这是DS用于温度补偿的优势。

 

 12.长期稳定性

稳定性是指DS的基准电压值年漂移量,这个漂移量再按DS的温度系数折合成温度值,即

稳定性=±△V/S/年                             (7)

DS的稳定性为±0.05℃/年。这一参数描述了DS在各种使用条件下保持原有特性的能力。

13.用DS取代热敏电阻、热电阻及热电偶

在许多测控温度场合,需要使用正温度系数的温度传感器(即PTC温度传感器),这时,可以使用恒压源供电,从限流电阻上取信号就行了,如图3所示。使用这个方法,可以用DS取代热敏电阻、热电阻及热电偶等温度传感器。在-200~+300℃的温度范围内,DS完全可以取代传统的温度传感器,不需要对原电路做重大改动。

有关具体取代方法,请向本公司索取详细资料或向本公司应用工程师咨询。 

 

 
 


图3 正温度系数测温电路    

 

 

14.外形图

如图4~图8所示,有单端直插引线和双端贴片引线及高温玻璃两端引线三种外形封装。单端直插引线DS分为圆形和片型封装,圆形DS可以用于二次封装;片型DS可以用于测试表面温度;贴片封装的DS可以焊接到电路板上,三种封装的DS体积小、温度感应快,是目前最小的温度传感器。在实际使用中,要对DS进行二次封装,方能满足具体的产品使用。图9给出了DS的应用领域,图10给出了上百种DS的封装外形,供用户应用于各种测控温场合使用。