[发明专利]温度传感器校准

说明书

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)。

技术领域

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。

背景技术

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，R_TH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。

发明内容