温度传感器校准制造技术

经校准的温度传感器(400)，其包括具有非线性电阻‑温度响应的热敏电阻(410)、与热敏电阻并联连接的至少一个并联电阻器(422)、可选地与热敏电阻(410)并联连接并且与第一并联电阻器(422)串联连接的第二并联电阻器(420)、以及串联连接到热敏电阻(410)以及一个或多个并联电阻器(420、422)中的每一者的串联电阻器(424)。一个或多个并联电阻器适于：对电阻‑温度响应(511)进行线性化，并且将电阻‑温度响应平坦化为预定斜率(521)。串联电阻器适于使电阻‑温度响应增加到预定偏置(531)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】温度传感器校准
本申请涉及包括热敏电阻的经校准的温度传感器，以及执行校准的方法。
技术介绍
电阻器是阻碍电荷的电部件。热敏电阻是其电阻基于温度而改变的电阻器。NTC(负温度系数)热敏电阻是其电阻被温度变化负向地影响的热敏电阻；因此随着热敏电阻周围的温度增加，热敏电阻的电阻减小，并且随着温度降低，热敏电阻的电阻增加。相反，PTC(正温度系数)热敏电阻是其电阻被温度变化正向地影响的热敏电阻；因此随着热敏电阻周围的温度增加，热敏电阻的电阻增加，并且随着温度降低，热敏电阻的电阻减小。通常使用电阻对温度(电阻-温度曲线)的图形化绘图来表征热敏电阻响应于温度变化的电阻变化(电阻-温度响应)。通常根据两个参数来制造热敏电阻。热敏电阻的第一个参数是其在预定标称温度(T0)下的标称电阻(R0)。通常，标称温度被选择为约25℃。第二个参数是热敏电阻的beta值(β)，它是热敏电阻对温度变化的敏感性，并且通常大约为3500K至4000K。对于特定的热敏电阻，可以根据这两个参数使用以下等式来表示电阻和温度之间的关系：(1)其中，RTH是热敏电阻在任意给定温度T下的电阻，并且其中β、T0和T以开尔文为单位测量。如从等式(1)中显而易见的，对于给定热敏电阻的电阻和温度之间的关系是非线性的，使得电阻对温度的绘图是曲线。为了简化电阻-温度曲线，通常已知的是使热敏电阻响应基本线性化。这通常通过将电阻与热敏电阻并联放置来实现。图1提供了示例性温度传感器电路100的电路图，其中电阻120被定位为与热敏电阻110并联。可以从探针(未示出)将电流施加到电路100，并且可以测量得到的电压。探针可以连接到所施加的电流以及在端子140处所测量到的电压。在端子140处的电压取决于热敏电阻110的电阻，并且热敏电阻100的电阻取决于所测量到的温度(T)。因此，可以基于在端子140处的电压测量来确定温度T。图2提供用于从温度传感器100读出温度的系统200的块图。温度传感器100连接到数字控制单元210。数字控制单元210被配置为：将温度传感器100的模拟输出转换为指示所测量的温度的数字信号、处理该数字信号，并且最终将数字信号提供给显示器220以供读出。在某些应用中，显示器可以被配置为接收指示根据工业标准(例如YSI-400或YSI-700)与温度相关的电阻的值。在这样的应用中，数字控制单元被嵌入到显示单元(例如生命体征监视器)中，并且可以被配置为将与传感器电阻相关的电压或电流信号转换为根据工业标准与温度值相关的电阻值(从温度传感器100接收)，并且然后将转换后的数字信号提供给显示器220用于温度读出。在生产期间，从一个热敏电阻到下一个热敏电阻的β和R0参数可能存在不一致性。此外，当安装并联的电阻器以进行线性化时，在该曲线上的给定线性范围上，可能存在电阻-温度曲线的斜率和偏置的偏差。处理这种不一致性的一种方式是为每个热敏电阻测试β和R0参数，并且为每个热敏电阻测试线性化的斜率和偏置参数，并且仅使用满足或落入期望的参数的可接受范围内的热敏电阻，并且丢弃其余的热敏电阻。然而，这种解决方案是很浪费的，并且因此是昂贵的。因此，在本领域中仍然需要校准热敏电阻，使得每个热敏电阻的电阻在给定的温度范围内对于给定温度在可接受的公差内是相同的。
技术实现思路
本公开提供了一种有序的方法，通过该方法可以将热敏电阻校准到标称曲线，例如，如下的曲线：该曲线通过添加并联的电阻器和串联的电阻器来为多个热敏电阻在给定温度下提供可接受的公差内的相同的电阻读数。标称曲线是为多个热敏电阻在给定温度下提供可接受的公差内的共同电阻的曲线，并且其基于热敏电阻的参数的已知范围来选择。本公开内容的一个方面提供了。附图说明图1是现有技术温度传感器的现有技术电路图。图2是现有技术温度感测和读出系统的现有技术块图。图3是根据本公开内容的用于校准温度传感器的方法的流程图。图4A、图4B、图4C和图4D是使用图3的方法所校准的温度传感器的电路图。图5A、图5B、图5C和图5D是使用图3的方法所校准的热敏电阻的图形化的电阻-温度绘图。图6A和图6B是根据本公开内容的温度传感器的阵列的俯视图和仰视图。图7是根据本公开内容的温度感测和读出系统的块图。具体实施方式图3是根据本公开内容的示例性校准方法300的流程图。为了简单起见，该方法将可以与图1的温度传感器100进行比较的温度传感器作为起点。进一步参考贯穿图4A至图4D以及图5A至图5D的方法的描述，这些图示出了就电路图(图4A至图4D)而言和就电阻-温度曲线(图5A至图5D)而言温度传感器做出的变化。在图4A至图4D中示出了单个电路图，并且在图5A至图5D中的每一者中分别示出了单个的、相应的电阻-温度曲线。然而，由于热敏电阻中的β和R0参数的差异，应当理解，虽然来自给定批次的热敏电阻的每个温度传感器可以由相同的电路图表示，但是不是每个温度传感器都可以由相同的电阻-温度曲线表示，因为每个热敏电阻可能具有不同的参数。在温度传感器被适当地校准之后，温度传感器的电阻-温度响应可以相同。此外，图5A至图5D的示例中示出的电阻-温度曲线用于NTC热敏电阻。然而，在其他示例中，本公开内容的相同原理可以被应用于校准PTC热敏电阻的批次。方法300在块302处开始，其中提供了热敏电阻。图4A是仅包括热敏电阻410的温度传感器400的电路图。热敏电阻放置在具有端子440的电路上，可以与前面结合图1描述的部件相比较。图5A示出了用于这种温度传感器的电阻-温度曲线501。如上所述，由于各种温度传感器中热敏电阻中的β和R0参数的差异，一批温度传感器中的电阻-温度曲线并不相同。在块304处，第一并联电阻器与热敏电阻并联连接。图4B示出了将第一并联电阻器420添加到温度传感器400。在一些情况下，针对每个温度传感器，第一并联电阻器420的电阻可以被选择为大约相同。然而，如稍后将解释的，由于电阻器的电阻值的偏差，可以为每个温度电阻器选择不同的电阻，并且将不同的电阻器安装到每个温度传感器，因为在稍后的校准步骤期间这些差异将被标准化。可以根据传感器将被用来测量的温度所在的预期温度范围来选择第一并联热敏电阻420的标称值，因为曲线的线性在预期温度范围中最重要。对于任何给定的温度，可以使用以下公式来表示热敏电阻410(具有电阻RTH)和第一并联电阻器420(具有电阻RP)的总电阻RTOT：(2)在块306处测试温度传感器。测试可以涉及将温度传感器放置在温度受控的环境(例如，水浴)中，并且测量温度传感器的有效电阻。这样的测试可以多次进行，其中每个测试在不同的受控温度下进行，以便收集多个电阻-温度数据点。然后可以使用本领域已知的任何外推方法(例如，线性内插法或最小二乘法)从所收集的数据点中外推电阻-温度曲线。因为在添加并联电阻器420之后执行测试，所以需要更少的测试点来从所收集的数据点中外推电阻-温度曲线。这是因为期望电阻-温度曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经校准的温度传感器，包括：/n热敏电阻，其具有非线性的电阻-温度响应；/n至少一个电阻器，其与所述热敏电阻并联连接，所述电阻器适于将所述电阻-温度响应调节到预定斜率；以及/n串联电阻器，其串联连接到所述热敏电阻和所述并联电阻器中的每一者，所述串联电阻器适于将所述电阻-温度响应增加到预定偏置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种经校准的温度传感器，包括：
热敏电阻，其具有非线性的电阻-温度响应；
至少一个电阻器，其与所述热敏电阻并联连接，所述电阻器适于将所述电阻-温度响应调节到预定斜率；以及
串联电阻器，其串联连接到所述热敏电阻和所述并联电阻器中的每一者，所述串联电阻器适于将所述电阻-温度响应增加到预定偏置。


2.根据权利要求1所述的经校准的温度传感器，其中与所述热敏电阻并联连接的所述至少一个电阻器包括两个电阻器，其中所述电阻器中的一个的电阻小于另一个电阻器的电阻。


3.根据权利要求1所述的经校准的温度传感器，其中，所述预定斜率是基于多个热敏电阻的一个或多个参数的范围而选择的标称斜率。


4.根据权利要求1所述的校准的温度传感器，其中，所述预定偏置是基于所述多个热敏电阻的一个或多个参数的范围而选择的最大偏置。


5.根据权利要求2和3中任一项所述的经校准的温度传感器，其中，所述一个或多个参数包括所述多个热敏电阻的标称电阻(R0)和beta值(β)中的至少一者。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的经校准的温度传感器，其中，所述预定斜率和所述预定偏置是基于工业标准的电阻-温度曲线来选择的。


7.根据权利要求5所述的经校准的温度传感器，其中，所述工业标准的电阻-温度曲线是YSI-400温度曲线。


8.根据权利要求1至4中任一项所述的经校准的温度传感器，还包括：
第一端子，其被配置为接收探针，所述探针用于测量所述热敏电阻和所述至少一个并联电阻器的总电阻。


9.根据权利要求1至4中任一项所述的经校准的温度传感器，还包括：
第二端子，其被配置为接收探针，所述探针用于测量所述热敏电阻、所述至少一个并联电阻器以及所述串联电阻器的总电阻。


10.一种阵列，包括多个经校准的温度传感器，每个经校准的温度传感器包括根据权利要求1至4中任一项所述的热敏电阻、至少一个并联电阻器以及串联电阻器，所述多个经校准的温度传感器并排地布置在基底上。


11.一种用于温度感测和读出的系统，包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的经校准的温度传感器；以及
显示器，其被配置为：接收来自所述温度传感器的输出信号，并且显示由所述温度传感器测量的温度。


12.根据权利要求9所述的系统，其中所述来自所述温度传感器的输出信号是指示所述热敏电阻、所述至少一个并联电阻器以及所述串联电阻器的总电阻的模拟信号，并且其中所述显示器被配置为根据预定工业标准来接收和解释模拟信号。


13.一种用于校准温度传感器的方法，包括：
在多个受控温度下测试所述温度传感器的所述电阻-温度响应，所述温度传感器具有热敏电阻，所述热敏电阻具有非线性的电阻-温度响应；
将至少一个并联电阻器与所述热敏电阻并联连接，从而：对所述电阻-温度响应进行线性化，并且将所述电阻-温度响应调节到预定斜率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·雅顿，V·戈罗维茨，
申请(专利权)人：麦迪辛有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US