磁敏电阻传感器应用电路设计

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1、磁敏电阻传感器应用电路设计东北石油大学课程设计2011年7月22日任务书课程传感器课程设计专业姓名学号主要内容：传统的制作温度测量和控制元件的材料各有其缺点，本文设计一种以新型材料一lnsb-ln为磁敏电阻器感温材料制作的双限温度开关。lnSb・ln双限温度开关是利用InSb-ln磁敏电阻器在温度变化时本身电阻也随之发生变化的特性来控制温度的。因为InSb-ln磁敏电阻器同其他热敏元件一样，具有很好的温度特性，用它制作的温度开关无论灵敏度、稳定性、可靠性都是很好的。基本耍求：1、查阅资料，确定设计方案2、计算相关设计参数、绘制系统控制原理图。主要参考资料：[1]王文生・InSb磁阻元件与

2、传感器的进展.传感器技术[J],1994,(2):1-4.[2]李科杰.新编传感器技术手册[M]・北京:国防工业出版社，2002.[3]肖景和.集成运算放大器应用精粹[M].北京：人民邮电出版社，2006:99-120.完成期限指导教师专业负责人2011年7月12日摘要温度控制技术广泛用于社会生活和生产的各个领域，如，化工、医疗、航空航天、农业、家电、汽车、电力、电子等领域。目前，对于温度控制的研究和与其相关的报道大多是以传统的热敏元件为主要感温材料而展开的。本文研究一种以新型材料一lnsb-ln为磁敏电阻器感温材料制作的双限温度开关。研究表明：由InSb-ln磁敏电阻器和信号处理电路两

3、部分组成的温度开关，具有灵敏度高、控温范围宽的优点，在低温区，其灵敏度可以高达30mV/°C以上，常温下也可达到23mV/°C左右；其上卞限温度调整范围为-40-120°C,测温精度可达到±0・l°Co关键词:InSb-ln共晶体薄膜；磁敏电阻器；双限温度开关目录一、设计要求1二、方案设计11、方案说明12、方案论证1三、传感器工作原理2四、电路的工作原理3五、单元电路设计、参数计算和器件选择51、单元电路设计52、参数计算63、系统需要的元器件清单7表2元器件清单7六、总结7一、设计要求温度控制元件是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接控制温度的。lnSb・ln磁敏电阻器同其他热敏元

4、件一样，具有很好的温度特性，用它制作的温度开关无论灵敏度、稳定性、可靠性都是很好的，而且，受环境因素影响小，结构简单紧凑。lnSb・ln磁敏电阻器的电阻值会随温度变化而发生很大的改变。随机抽取10只InSb-ln磁敏电阻器对其温度特性进行测量，观察到其电阻值随温度呈指数变化的特点。用InSb-ln共晶体薄膜磁敏电阻器(MR)制成的双限温度开关的温控机理和特性。二、方案设计1、方案说明随机抽取10只InSb-ln磁敏电阻器放进恒温箱中，恒温箱的温度设:为・40T20°C,每隔5°C让恒温箱内温度恒定lOmin,并分别测量10只电阻器的阻值，得到InSb-ln磁敏电阻器的阻值随温度变化的数据

5、。2、方案论证温度控制器件是通过物体随温度变化而改变某种特性來间接控制温度的。lnSb・ln磁敏电阻是通过真空镀膜工艺获得的InSb-ln共晶体磁阻薄膜材料电阻。工艺使用三温区法控制成膜Sb的分子浓度较低、In的浓度较高的状态。在热处理过程的后半部分，共晶点退化，会析出In固相’因此得到InSb和In混合的共晶体，BPInSb-ln共晶体，而且这种InSb-ln共晶体磁阻薄膜的磁阻特性曲线仍遵循单晶型InSb的规律。从InSb能带角度看，其禁带宽度很窄’在t二0°C时，导带和价带间的禁带宽度只有0.23eVo因此，可以依靠热激发，把满带中的电了激发到导带上去，在导带中的电子就有导电作用。

6、当温度增加时，电子被激发，载流子数目增加很快，电导率可以增加几个数量级，所以InSb材料具有很大的负电阻温度系数。当InSb中加入一定量杂质，由于杂质附加能级的作用，特别是在低温范围内，当热激发还不足1以使半导体引起本征激发时，杂质激发可以使载流子大量增加，使电导率增加几个数量级。三、传感器工作原理图1是其屮MR1,MR2,MR3的测量数据，采用Origin6.0绘制而成的温度特性曲线图。由图1可以看出:InSb-ln磁敏电阻随温度的升高逐渐下降，同时，实验中发现InSb-ln磁敏电阻随温度变化特性与热敏电阻(NRT)随温度变化温度特性走势一样，由图1曲线拟合得到其电阻温度特性的数学表达

7、式为BRt?Aexp(1)T式中尺为温度为时InSb-ln磁敏电阻器的阻值(为绝对温度)；A为InSb-ln磁敏电阻器的标称阻值，其大小由该电阻器的材料和几何尺寸决定；B为InSb-ln磁敏电阻器的材料常数，其大小取决于该电阻器材料的激活能。图1InSb-ln磁敏电阻器的电阻温度特性本文将InSb-ln磁敏电阻器在其温度变化1°C吋，电阻值的相对变化量称为InSb-ln磁敏电阻器的温度系数，即IdRtat??(2)Rdt将式⑴代入式