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MEMS中的三种测温方式
来源:www.ssrt.com.cn | 作者:SSRT | 发布时间 :2025-07-11 | 24 次浏览: | 分享到:
MEMS温度测量主要采用热阻、热电堆和PN结三种技术。热阻(如PT100)精度高、温域宽,适用于工业监测;热电堆基于塞贝克效应,适合非接触测温(如医疗额温枪);PN结功耗低、体积小,适合嵌入式系统(如CPU测温)。选型需考虑精度、功耗和应用场景,如化工反应釜用PT100,高压电机用热电堆,锂电池监测用PN结。未来趋势倾向于多传感器融合,以提高测量可靠性。

在MEMS芯片环境温度测量领域,热阻、热电堆和PN结测温构成三大核心技术路线:

  1. 热阻测温技术
    基于热敏材料(如铂金属或掺杂硅)的电阻温度系数恒定性,通过测量电阻变化实现温度检测。该技术需配置恒流源供电,输出信号直接对应绝对温度值。在MEMS实现中,通常采用铂电阻(如PT100)结构,其电阻值随温度呈线性变化。

  2. 热电堆测温技术
    利用塞贝克效应,通过多组热电偶(典型为多晶硅/铝结构)串联将温差转换为电压信号。关键技术在于冷端补偿,MEMS实现方案通常将热电堆结构悬置于氮化硅薄膜上,热端吸收红外辐射,冷端锚定在衬底保持基准温度。

  3. PN结测温技术
    基于半导体PN结在恒流偏置下结电压与温度的负相关性(约-2mV/℃),可直接输出与绝对温度对应的电压或数字信号,无需外部参考源。

【应用选型指南】

工业高精度监测场景(如化工反应釜-50~500℃控温):

  • 优选PT100热阻方案

  • 优势:宽温域(-200~850℃)、A级精度(0.15℃+0.002|t|)、抗振动

  • 注意点:需控制自热效应,功率预算需>5mW

非接触式检测场景(如高压电机表面50~150℃监测):

  • 推荐热电堆方案

  • 优势:10-30cm非接触测量、响应时间<100ms

  • 关键:需集成冷端温度传感器(如NTC)进行实时补偿

嵌入式低功耗系统(如锂电池-20~60℃监测):

  • 适用PN结方案

  • 优势:μW级功耗、I²C数字输出、微米级尺寸

  • 局限:高温环境(>125℃)失效风险


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