幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理

1、幾種常見生物醫(yī)學(xué)傳感器原理2.5.1 RLC傳感器 一、電阻應(yīng)變式傳感器位移或應(yīng)變能夠引起某些材料的電阻值變化，因此可用它們構(gòu)成電阻應(yīng)變式傳感器。特點(diǎn)：分辨率高(1m)，誤差小(1%),重量輕，量程大，尺寸小，價格低，可用來測動態(tài)和靜態(tài)量。工作原理電阻式傳感器測量原理: 被測的非電量 R 電量輸出 其基本原理為：設(shè)有一根長度為L，截面積為A，電阻率為的金屬絲，則它的電阻值R可用下式表示： 三個參數(shù)：長度L，截面積A，電阻率，如果發(fā)生變化，則它的電阻值R隨之發(fā)生變化，構(gòu)成不同電阻傳感器：1、長度L發(fā)生變化電位器式傳感器；2、截面積A、長度L發(fā)生變化電阻應(yīng)變片傳感器；3、電阻率發(fā)生變化熱敏電阻、光

2、導(dǎo)性光檢測器等。1.電位器式傳感器 通過滑動觸點(diǎn)把位移轉(zhuǎn)換為電阻絲的長度變化，從而改變電阻值大小，進(jìn)而再將這種變化值轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化值。電位器式傳感器分為直線位移型、角位移型和非線性型等，如圖所示。電位器式傳感器一般采用電阻分壓電路，將電參量R 轉(zhuǎn)換為電壓輸出給后續(xù)電路，如圖所示。當(dāng)觸頭移動時，輸出電壓為：2.電阻應(yīng)變片片狀電阻元件貼在構(gòu)件上構(gòu)成。有絲繞式，短接式，泊式，半導(dǎo)體，還可用硅條做成產(chǎn)品。 典型結(jié)構(gòu)康銅應(yīng)用最廣；半導(dǎo)體電阻溫度系數(shù)大，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；半導(dǎo)體有很高的壓阻效應(yīng)，靈敏度是康銅的7090倍，但非線性也比較大。電橋電路又叫惠斯登電橋，它是將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換

3、為電壓或電流輸出的一種測量電路。 電橋電路按其所采用的激勵電源類型 直流電橋交流電橋工作方式有兩種：平衡電橋（零檢測器）和不平衡電橋。在傳感器的應(yīng)用中主要是不平衡電橋。 3 傳感器測量電路直流電橋 直流電橋橋路輸出（1）平衡電橋：IL=0時 平衡條件 :R1R4=R2R3 R1/R2=R3/R4 R1+R1R2R4R3UILRL（2）不平衡直流電橋 當(dāng)電橋后面接放大器時, 電橋輸出端看成開路.電橋的輸出式為： 應(yīng)變片工作時，其電阻變化R 采用等臂電橋，即R1= R2= R3=R4=R 。此時有：當(dāng)Ri R ( i=1,2,3,4) 時，略去上式中的高階微量，則 Ri R時，電橋的輸出電壓與應(yīng)變

4、成線性關(guān)系。 若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。 若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之則為兩者之差。 電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0越大。但是，當(dāng)U大時，電阻應(yīng)變片通過的電流也大，若超過電阻應(yīng)變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會出現(xiàn)蠕變和零漂。 增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。略去分母中的R1/R1項(xiàng) ,假設(shè)R1/R110R，r25R。實(shí)際應(yīng)用時還在輸入回路中加接小的銅電阻，或者在受感臂中串接熱敏電阻等，來實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。4.應(yīng)用實(shí)例血管外血壓傳感器由插管技術(shù)將血液壓力

5、傳到圓帽，膜片產(chǎn)生位移，帶動活動元件移動，使R1，R4以及R2, R3發(fā)生反方向應(yīng)變，使連接它們的全橋失去平衡，產(chǎn)生輸出。 5.應(yīng)用實(shí)例脈象傳感器脈搏波經(jīng)傳感頂子作用于等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，使之彎曲變形。貼在梁上下面的應(yīng)變片接入全橋或半橋，輸出的電壓即反應(yīng)脈動規(guī)律。側(cè)視圖上視圖 6.水銀橡膠管應(yīng)變儀傳感器在一個可伸縮的橡膠管中充滿導(dǎo)電液體（如KCl，水銀），也可以是導(dǎo)電碳粒，可測量心臟，血管，手足，胸腔尺寸變化?？蓽y的應(yīng)變較小，保證電阻變化與應(yīng)變成線性關(guān)系。頻率上限為10Hz。二、電容式傳感器1.工作原理被測量改變傳感器的電容量，再轉(zhuǎn)換成電量輸出。基本形式是平板電容器，電容量為 C=0rS/x

6、常通過極距x來實(shí)現(xiàn)測量，也可以改變介電常數(shù)r和極板面積S。上式微分得電容傳感器的靈敏度 K=C/x=- 0rS/x2 并得到 dC/C= -dx/x說明在任何中心點(diǎn)附近電容量相對變化與位移的相對變化成正比關(guān)系。工作原理 S 極板相對覆蓋面積； d 極板間距離； r相對介電常數(shù)； 0真空介電常數(shù)，； 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。 S變極距(）型: (a)、(e) 變面積型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 變介電常數(shù)( )型: （i）(l) 變極距型電容傳感器非線性關(guān)系 若d/d1時，則上式可簡化為 若極距縮小d 最大位移應(yīng)小于間距的1/10 差動式改善其非線性初始電容變面

7、積型電容傳感器當(dāng)動極板相對于定極板沿著長度方向平移時，其電容變化量化為C與x間呈線性關(guān)系 電容式角位移傳感器 當(dāng)=0時 當(dāng)0時傳感器電容量C與角位移間呈線性關(guān)系 變介電常數(shù)型電容式傳感器初始電容 電容式液位傳感器 電容與液位的關(guān)系為： 2.測量電路1）直流極化電壓電路這是最簡單的測量動態(tài)位移變化的電路，將傳感器與直流電源V和大負(fù)載電阻R串接，在R上測量輸出電壓V0 ，它與極距x間有關(guān)系： X0是無位移時的電容極距，RC，R1M實(shí)際上是高通濾波器，增大R，C能降低fc，但會增加非線性，要求x/x0很小。2）變頻電路C被接入Hartley振蕩器回路，信號頻率為:位移輸入被轉(zhuǎn)換成信號頻率的改變，通過

8、測量f來了解位移量。能測量的位移可以接近直流，但是存在非線性。3）運(yùn)放測量電路C是電容傳感器低端頻響很好,接近直流輸出電壓與位移成線性關(guān)系放大器增益等于反饋?zhàn)杩古c輸入阻抗之比,故輸出是由位移x調(diào)制的調(diào)幅信號，用解調(diào)器和低通濾波器來得到正比與x的電壓信號。4）電橋測量電路用差動三端電容測量精確位移。d0平衡位置，x向上正向位移，有 C10rA/(d0-x), C20rA/(d0+x) 可采用電容電橋測量，輸出電壓為 也可采用變壓器比率臂電橋，放大器電流正比于(C1-C2)=x(2A0r/(d02-x2)，通常x1時，就會發(fā)生空間電子數(shù)成倍增長現(xiàn)象，即電子倍增效應(yīng)。3.光電倍增管它是真空器件，能把

9、微弱的光轉(zhuǎn)換成電子流，并使電子流獲得放大。各倍增極之間存在100V的壓差，當(dāng)入射的微弱光線以一定速度打在陰極K上后，引發(fā)光電子的二次發(fā)射。發(fā)射的電子在100V電壓作用下得到加速，以更高的速度打在D1倍增電極上；再次激發(fā)出更多的二次電子，再在D2電壓作用下得到進(jìn)一步加速；。最后到達(dá)陽極，并在RL上形成大約1a的電流。其響應(yīng)時間 Cc+Ca+Ct輸入阻抗： 101012 輸出阻抗100M，響應(yīng)才能低于20Hz。 2）血壓傳感器使用復(fù)合壓電材料制作，包括：負(fù)荷壓電材料換能元件、金屬和鍍金屬的塑料外殼、低噪聲引出線、維持薄膜張力的彈性體等。結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、耐沖擊、靈敏度響應(yīng)好、再現(xiàn)性好。 由于

10、薄膜的韌性好，易于貼緊皮膚，能穩(wěn)定檢測脈搏壓、脈搏數(shù)和波形。右面是在上腕部檢測的動脈壓波形。右下是實(shí)際使用的血壓傳感器。它被安裝在加壓裝置上，然后把加壓裝置放在上腕的動脈部位，通過橡膠囊進(jìn)行空氣壓力調(diào)節(jié)。 3)加速度型心音傳感器這類傳感器的結(jié)構(gòu)形式很多，均根據(jù)慣性原理來測量振動或者加速度，采用壓電元件是常用的一種方法。結(jié)構(gòu)上由（質(zhì)量塊，彈簧，外殼構(gòu)成的振動系統(tǒng)）+（壓電元件）兩部分構(gòu)成。為獲得合適的阻尼，殼體內(nèi)充硅油和橡膠。硬彈簧和質(zhì)量塊一起向壓電片施加靜態(tài)預(yù)壓縮載荷，它要遠(yuǎn)大于測量中可能承受的最大動應(yīng)力。當(dāng)傳感器向上運(yùn)動時，質(zhì)量塊產(chǎn)生的慣性力使壓電元件上的壓力增加；反之，則壓力減小。壓電元件

11、將慣性質(zhì)量的位移或振動加速度轉(zhuǎn)換成電量來實(shí)現(xiàn)測量。測量心音是一種典型的應(yīng)用。 4）微震顫傳感器這也是一個加速度傳感器，壓電元件作為振動接受器?？捎孟鹌つz布把它貼在手指上（通常為拇指球部）。當(dāng)手震顫時，使質(zhì)量塊-彈性系統(tǒng)發(fā)生振動，壓電片受力產(chǎn)生電荷，形成電信號。 5）空氣傳導(dǎo)型脈搏波傳感器脈搏播引起空氣振動，通過空氣室傳播到受壓膜，使受壓膜產(chǎn)生位移，作用到壓電元件上，產(chǎn)生反映壓力大小的電量，輸出。 2.5.4 壓阻傳感器 半導(dǎo)體晶體材料（例如半導(dǎo)體硅）在外力作用下電阻率發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。據(jù)此原理制作的半導(dǎo)體壓阻傳感器,通常也稱為半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器。壓阻傳感器主要包括兩類：1)體型壓力傳

12、感器（半導(dǎo)體應(yīng)變式）2)固態(tài)壓阻式壓力傳感器（擴(kuò)散型），它正與集成電路技術(shù)結(jié)合發(fā)展成為智能傳感器，除了把電阻條、信號調(diào)理電路、補(bǔ)償電路集成到硅片上，還把計算處理電路也集成到了一起。特點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)快、精度高、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定、容易小型化、智能化，使用方便，便于批量生產(chǎn)等，因此應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。各向同性材料的微觀形式歐姆定律： E=J E-電場強(qiáng)度， J-電流密度，-電阻率對于各向異性的晶體，此關(guān)系要用張量表示： Ei =i j Jj (i, j = 1,2,3)腳標(biāo)1,2,3表示x,y,z三個正交晶軸方向 i電場強(qiáng)度方向，j電流密度方向 ij 表示i方向電場強(qiáng)度和j方向電流密度之間關(guān)

13、系的電阻率1 壓阻效應(yīng) 當(dāng)應(yīng)力作用于傳感器時，其電阻率就發(fā)生改變，即產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。可同時受到三個正應(yīng)力和三個切應(yīng)力。一般，如果晶體同時受到應(yīng)力和電流的作用，從疊加原理可得： Ei = (ij + ijmm) Jj -ijm 壓阻系數(shù) - m 應(yīng)力分量 - 正向電阻率， =11=22=33 - i=1,2,3電流強(qiáng)度方向 - j=1,2,3電流密度方向 - m=1,2,3,6應(yīng)力的方向 對稱性的各向異性材料可以簡化應(yīng)力關(guān)系，具體使用時的應(yīng)力條件也可以用來簡化方程。例如，只受剪切應(yīng)力，有1= 2=3=0例如，一塊矩形板受液體壓力p的作用，則1= 2=3= - p，且4= 5=6= 0為簡化符號,可

14、對i，j進(jìn)行如下合并： 11 1 22 2 33 3 23 4 13 5 12 6（32 4 31 5 21 6） 于是ijm 就成為nm, n,m=1,2,3,6 單晶硅只有3個獨(dú)立的壓阻系數(shù)，因此其壓阻系數(shù)矩陣就為： 11 12 12 0 0 0 12 11 12 0 0 0 12 12 11 0 0 0 0 0 0 44 0 0 0 0 0 0 44 0 0 0 0 0 0 44 11 縱向壓阻系數(shù) 12 橫向壓阻系數(shù) 44 切向壓阻系數(shù)指定晶面內(nèi)的壓阻系數(shù)隨晶體的取向而變，因此在制作傳感器，選取電阻條的方向時，應(yīng)充分利用這個性質(zhì)，以獲得最佳的元件特性。壓阻效應(yīng)的計算公式設(shè)長度為L、橫截

15、面為A的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，其電阻為： R = L/A對此式微分得： dR/R = d/ +(1+2)dL/L = (E + 1 + 2)dL/L - 泊松比 E - 彈性模量，單位為Pa - 壓阻系數(shù) 半導(dǎo)體的E乘積可高達(dá)50-100，而（1+2） 2，所以可以認(rèn)為 R/R = / = E L/L 即 E = / / L/L = m1 m1稱為彈性壓阻系數(shù) 例如，在111方向作長軸切割的P型半導(dǎo)體硅片，其m1 在100-175 影響壓阻系數(shù)的因素一、與擴(kuò)散雜質(zhì)的表面濃度有關(guān) 兩者基本成反比關(guān)系，即濃度增加，壓阻系數(shù)將減小。二、溫度升高，壓阻系數(shù)下降濃度較低時，溫度升高引起壓阻系數(shù)下降快濃度較高

16、時，溫度升高引起壓阻系數(shù)下降得慢雜質(zhì)濃度很大時，溫度對壓阻系數(shù)幾乎沒影響 提高雜質(zhì)濃度能減少溫度變化的影響，但是會使壓阻系數(shù)降低，并使得半導(dǎo)體材料的絕緣電阻降低，特性變差。所以，要綜合考慮壓電系數(shù)（靈敏度），溫度漂移，絕緣電阻等三個方面，合理確定擴(kuò)散雜質(zhì)表面濃度。2 半導(dǎo)體壓阻器件如前所述，半導(dǎo)體有應(yīng)變系數(shù)高的顯著優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是溫度敏感性較大和非線性。盡管這樣，它們?nèi)匀怀蔀閭鞲衅黝I(lǐng)域中的重要成員，促進(jìn)了傳感技術(shù)的發(fā)展。形式上，半導(dǎo)體應(yīng)變元件有粘貼型，非粘貼型，集成型等幾種。集成型，可在P型基片上擴(kuò)散進(jìn)相反的N型材料，或反過來，N基片擴(kuò)散進(jìn)P型材料。它們有相反符號的應(yīng)變系數(shù)，再進(jìn)行摻雜，可以獲得

17、大的應(yīng)變系數(shù)。但非線型和溫度漂移也會增大。如果電路設(shè)計合理，例如c,d所示用8個擴(kuò)散壓力應(yīng)變電阻，對稱布置構(gòu)成的壓阻應(yīng)變傳感器，再用惠斯頓電橋連接，不僅有高靈敏度，還有很好的溫度補(bǔ)償效果。典型的半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器 半導(dǎo)體應(yīng)變儀的非線性較大，例如對于重度摻雜的傳感器，特性為P型硅（ =210-2cm ）： R/R = 120(L/L)+ 4000(L/L)2N型硅（=3.110-4cm）： R/R = -110(L/L)+ 10000(L/L)2N型非線性大，但有負(fù)的應(yīng)變靈敏度，因此本身就有溫度補(bǔ)償特性，再加上惠斯頓電橋可以有效消除平方項(xiàng)的非線性。3 測量電路 壓阻式傳感器最常用的測量電路是惠斯頓

18、電橋。如圖將四個用擴(kuò)散法通過在硅片上制作的壓阻元件構(gòu)成橋臂電阻，一個對邊上是兩個增加電阻，另一個對邊上是兩個減少的電阻。供電：可用恒壓源，或恒流源給電橋供電。但是，恒壓源供電時，輸出電壓除了與被測量與供電電壓成正比，還會與溫度有關(guān)，不能消除溫度的影響。而恒流源供電時沒有這個問題。所以常采用恒流源為惠斯頓電橋供電。圖中，T1，T2構(gòu)成的復(fù)合管與D1，D2和R1，R2，R3構(gòu)成恒流源供電電路。 源極跟隨器：由結(jié)型場效應(yīng)管T5，T6與R4，R5構(gòu)成高輸入阻抗的源極跟隨器，將測量電橋與放大器A隔離，避免傳感器的輸出阻抗變化對放大器的閉環(huán)增益產(chǎn)生影響。放大器：可以用高輸入阻抗，高共模抑制比，高增益的運(yùn)算

19、放大器構(gòu)成，最好選用合適的儀器放大器。為獲得正確的測量結(jié)果，常需要在壓阻傳感器（以及其他一些半導(dǎo)體材料制作的傳感器）測量電路中增加溫度補(bǔ)償電路和非線性補(bǔ)償電路。 2.5.5 熱電傳感器 一、 金屬熱電偶傳感器1.溫差電現(xiàn)象兩種不同的金屬組成回路時，若兩個接觸點(diǎn)的溫度不同，回路中就存在恒定的電勢，會有電流流過，稱為溫差電現(xiàn)象，或者塞貝克效應(yīng)。若把這個回路作為電源，就形成溫差電偶或溫差電池?？梢杂么诵?yīng)制成熱敏傳感器。具有測量范圍寬，穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)。溫差電現(xiàn)象溫差電偶中的電勢可表示為：常用材料的很小，因此在溫度不大時，電壓V與溫差成線性關(guān)系。熱電靈敏度： 2.熱電偶的基本定則1）均質(zhì)回路定則

20、由相同成分的材料組成回路，若只受溫度作用，則不論其導(dǎo)體的直徑和長度如何，均不產(chǎn)生熱電勢。即只要接觸點(diǎn)溫度T1和T2不變，即使存在溫度T3，回路中的凈電勢也不會改變?；蛘哒f：沿一均勻?qū)Ь€的溫度梯度不影響熱電勢。2）中間金屬定則在回路中接入第三種金屬材料，只要它兩端的溫度相同，則熱電勢保持不變，即不受第三種材料接入的影響。因此有多根引線時，只要這些接點(diǎn)處于同一溫度下，便不會影響測量精度。若在A，B間引入第三種金屬C，而AC和BC處于同一溫度，則凈電勢也不變。3）中間溫度定則設(shè)兩種金屬A，B構(gòu)成熱電偶 若兩端處在T1和T2時產(chǎn)生電勢V1 若兩端處在T2和T3時產(chǎn)生電勢V2 則當(dāng)兩端的溫度為T1和T3

21、時，產(chǎn)生電動勢為V1V2由此，可用一個已知的參考接觸點(diǎn)溫度所得到的校準(zhǔn)曲線，去確定另一個參考接觸點(diǎn)溫度的校準(zhǔn)溫度曲線。 4）組成定則三組不同金屬A,B,C組成三對熱電偶 若A和C產(chǎn)生電勢V1，B和C產(chǎn)生電勢V2 則由A和B組成的熱電偶產(chǎn)生的電勢為V1V2據(jù)此定則，可用純度很高的、理化性能極穩(wěn)定的材料（鉑）做成電極C，成為參考電極，作為確定各種材料的熱電特性的基準(zhǔn)。3.熱電偶溫度計測量溫差電動勢來確定兩接觸點(diǎn)的溫度差。使用時常把參考端固定在已知溫度，通過輸出電壓算出另一端溫度。針狀熱電偶鎧裝熱電偶BME用熱電偶的特點(diǎn)：受熱點(diǎn)面積小，熱容量小，可測任一點(diǎn)溫度（最小的直徑1/時，晶體內(nèi)的自由電荷來不

22、及中和面束縛電荷的變化，在垂直于Ps的兩端面間出現(xiàn)交流電壓。在端面上安裝電極，并接上負(fù)載電阻，就有電流流過。熱釋電探測器設(shè)溫度變化為dT/dt，電極面積A，則A(dPs/dt)便相當(dāng)于電路上的電流，于是電壓 pi是熱釋電系數(shù)矢量。由此，電壓v正比于溫度變化率，而不取決于晶體對輻射是否達(dá)到熱平衡。測量穩(wěn)定不變的紅外輻射時一定要用遮光盤，調(diào)制成周期脈沖紅外信號后，才能被熱釋電晶體檢測。熱釋電探測器特點(diǎn)：靈敏度高，光譜范圍寬，高頻響應(yīng)好，響應(yīng)速度快等，優(yōu)于光敏器件和熱敏器件。缺點(diǎn)：容易受振動影響，不能對直流信號工作。熱釋電探測器的用途：主要用來探測紅外輻射，并廣泛應(yīng)用于各類輻射計、光譜儀、熱成像。醫(yī)

23、療儀器中將熱釋電探測器用于非接觸測溫和熱成像，已經(jīng)制成熱光導(dǎo)攝像管。熱像圖法應(yīng)用于診斷乳腺癌、皮膚癌、甲狀腺癌、末梢血管閉塞或狹窄。 四、熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻是對溫度敏感，具有負(fù)電阻溫度系數(shù)的熱敏元件，由氧化錳、氧化鎳、氧化鈷等氧化物和陶瓷、半導(dǎo)體材料制成，電阻率比金屬大得多。BME應(yīng)用的熱敏電阻，電阻率0.1-100m,常做成球狀、圓盤狀、薄片狀、桿狀和環(huán)狀。尺寸小(0.5mm)，靈敏度高(-3%/C-5%/C)，長期穩(wěn)定性好 (每年變化0.2%)。球狀熱敏電阻安裝在注射針端的熱敏電阻1.熱敏電阻的性能1）電阻溫度特性常用的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性近似為：性 能一組典型的熱敏電

24、阻RT特性曲線如右。每條曲線代表一種材料。它們是在熱敏電阻工作于很小的功率以致可略去自熱情況下測出的，稱為零功率電阻。性 能2）溫度系數(shù)對上式微分后再除以RT可得溫度系數(shù)：可見，溫度系數(shù)是溫度T的非線性函數(shù)。3）伏安特性熱敏電阻在水中和空氣中的伏安特性PA線性段，低電流下呈線性電阻的性質(zhì),V隨I增加而增大；A點(diǎn)沒有自熱時的最大電流值;B點(diǎn)電阻增量為0，這時,自熱溫度環(huán)境溫度；C點(diǎn)空氣中最大安全電流工作點(diǎn)；左下斜線為電阻坐標(biāo)右下斜線是恒功率坐標(biāo)伏安特性BC段B點(diǎn)之后有較大自熱，V隨I增加而減小,屬于負(fù)阻特性區(qū)；空氣和水的熱阻不同，因此自熱區(qū)域也不同；在P-B的階段, 曲線與電阻坐標(biāo)交點(diǎn)即它的線性

25、電阻值；過B點(diǎn)之后的負(fù)阻階段,曲線與恒功率坐標(biāo)的交點(diǎn)即為熱敏電阻的熱功率損耗。4）功率常數(shù)在規(guī)定的環(huán)境溫度下，由于自熱而每上升1 C所耗散的功率稱為功率常數(shù)，單位mW/C在-55150C內(nèi)，功率常數(shù)約為0.5-10 mW/C 5）熱時間常數(shù)表示在零功率條件下，環(huán)境溫度發(fā)生階躍變化時,熱敏電阻的阻值在初始溫度和終止溫度間變化63.2%所需要的時間。熱敏電阻的熱時間常數(shù)在150s之間。2.熱敏電阻的線性化許多應(yīng)用希望得到線性電阻溫度特性,或線性電導(dǎo)溫度特性。恒流源供電并需要測量熱敏電阻的端壓時，要對其RT特性進(jìn)行補(bǔ)償。方法：用一個固定電阻RP與熱敏電阻并聯(lián)，其阻值為式中，RTm是在溫度變量的中間標(biāo)

26、度Tm處的熱敏電阻阻值, B是熱敏電阻的材料常數(shù)(特征溫度).在恒壓源供電并測量流過熱敏電阻的電流時，可用一個固定電導(dǎo)Gs與熱敏電阻串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。串聯(lián)的電導(dǎo)數(shù)值計算：式中GTm是溫度變量中間標(biāo)度Tm處的熱敏電阻的電導(dǎo)。注意：線性化后合成的有效電阻的溫度系數(shù)會下降。并聯(lián)和串聯(lián)線性化電路的有效電阻溫度系數(shù)：3.溫度測量電路體溫測量 體溫是一種重要的生理信息，被看成生命體征參數(shù)之一。例如：用體表溫度鑒定休克，因循環(huán)休克而使血壓降低，導(dǎo)致外周血流不足，體溫下降。如: 拇指溫度下降可以早期預(yù)報休克。傳染病，體溫增加，皮膚發(fā)熱潮紅，體液損失。麻醉時，由于抑制了熱調(diào)節(jié)中樞，使體溫下降。關(guān)節(jié)炎的溫度與局部發(fā)

27、炎情況密切相關(guān)，體溫測量能夠了解由于關(guān)節(jié)炎和慢性炎癥引起的血流增加。降低體溫，能夠減緩代謝和血液循環(huán)。3.溫度測量電路1）惠斯登電橋常用于差溫電橋測量電路，以測量兩個器官或同一器官上不同位置處的微小溫差。直流溫差電橋：兩個珠狀配對的熱敏電阻RT1和RT2分別放置在兩個相鄰的橋臂上，阻值100，在25C時誤差小于1。交流溫差電橋：測定細(xì)胞成分的反應(yīng)熱，靈敏度更高。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償橋臂的電容失衡。相敏檢波器電橋輸出的交流信號，使指示器指示溫差大小和正負(fù)。2）直接測量熱敏電阻上電壓或通過的電流采用運(yùn)放構(gòu)成的線性化熱敏電阻測量電路：電路說明：Rs使支路電導(dǎo)對溫度的特性線性化；僅用50mV電壓對串聯(lián)電路供電，可有效消除自熱誤差；RF產(chǎn)生的電流反饋在輸入端產(chǎn)生一個虛地，使測量時有電流流過熱敏電阻Rt時不影響其端壓；若放大器輸入阻抗很大，則流過反饋電阻RF的電流將等于Rt的電流i減去補(bǔ)償電流io，因此輸出電流與Rt電流成線性關(guān)系，所以輸出電壓Vo也隨溫度作線性變化。系統(tǒng)在040C范圍內(nèi)的最大偏差約為0.15 C。4.用熱稀釋法測量心輸出量指示劑稀釋法是常用的測量血流量的技術(shù)，其中熱稀釋法涉及到溫度的測