二、半导体热敏电阻和集成温度传感器

1.半导体热敏电阻

热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件。相对于一般的金属热电阻而言，它主要具备以下特点： 电阻温度系数大，灵敏度比一般金属电阻大10～100倍； 结构简单，体积小，可以测量某一点的温度； 电阻率高，热惯性小，适宜动态测量； 阻值与温度变化呈非线性关系；稳定性和互换性较差。

（1）半导体热敏电阻结构

大部分半导体热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合，经高温烧结而成，如图4-5所示。多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，即当温度升高时，其电阻值下降，同时灵敏度也下降，这个特点限制了它在高温下的使用。

（2）半导体热敏电阻的热电特性

半导体热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，它利用半导体的电阻随温度变化的特性而制成，按温度系数不同，可分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）两种，NTC又可分为两大类：第一类电阻值与温度之间呈严格的负指数关系；第二类为突变型，当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降。PTC分为正指数型和突变型。半导体热敏电阻热电特性曲线如图4-6所示。

2.集成温度传感器

集成温度传感器是根据半导体PN结的电流电压随温度变化的特性工作的。它在一块极小的半导体芯片上集成了包括敏感器件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的各个单元，使传感器与集成电路融为一体。

集成温度传感器可分为模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器，模拟型按输出信号形式分电压型和电流型两种；数字型分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等。

集成温度传感器输出线性好，测量精度高， 传感驱动电路与信号处理电路等都与温度传感部分集成在一起，因而封装后的组件体积非常小，使用方便，价格便宜，在测温技术中得到广泛应用。

（1）模拟型集成温度传感器

① 电流输出型温度传感器。电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590、AD592是电流输出型温度传感器的典型产品。

AD590（美国AD公司生产）外形如图4-7所示。器件电源电压为4～30V，测温范围为-55～+150℃。国内同类产品有SG590。AD590伏安特性和温度特性曲线如图4-8所示。由AD590做成的温度控制电路如图4-9所示。

② 电压输出型集成温度传感器。电压输出型集成温度传感器将温度传感器、缓冲放大器集成在同一芯片上，因器件有放大器，故输出电压高，线性输出为10mV/℃。这类集成温度传感器特别适合于工业现场测量。

LM35是由National Semiconductor生产的广泛使用的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系。LM35 有多种不同封装型式，如图4-10所示。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到 ±1/4℃的精度。

LM35的电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图4-11所示。正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在25℃下电流约为50mA，非常省电。

（2）数字输出型集成温度传感器

DS1820是美国DALLAS公司生产的单总线数字温度传感器，封装型式如图4-12所示。它能将温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列号，所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820能提供九位温度读数，可构成多点温度检测系统而无需接任何外围硬件。