热电堆
一种热释红外线传感器
热电堆(Thermopile)是由多对热电偶(thermocouple)串联而成,基于塞贝克效应进行工作的热电转换器件。
基本原理
塞贝克效应为:由两种不同材料(导体半导体材料)A、B组成闭合回路,在两个结点处于不同的温度Th和TC时,载流子沿着温度梯度移动,则在该回路中产生热电动势,该现象称为塞贝克效应或热电效应。多对热电偶串联则形成“堆”。
热电材料
塞贝克系数是热电材料独有的,是度量材料上的温差引起热电电压大小的量,塞贝克系数差值的提高可以提高探测器的电压输出及响应率;除此之外,热导率是指材料的导热能力,导热能力越好,温差越不明显,因此材料热导率越低,温差得到提升进而提高响应率。根据威德曼-弗朗兹定律,材料的热导率和电阻率之间存在一定关系,因此通常将热导率和电阻率进行相乘,得到的乘积称为热电优值来判断材料的热电转换效率。
MEMS热电堆
通过MEMS技术实现的MEMS热电堆红外探测器是由吸收区、热偶对、支撑膜、电极、金属连接线、硅基底组成的,如图2所示。其中靠近吸收区的热偶端为热端、远离吸收区的一端为冷端。悬浮介质膜支撑上方的热电偶区和红外吸收膜。热端与红外吸收区连接,冷端位于单晶硅基底上。单晶硅基底与环境温度一致,当有红外辐射时冷热两端产生温差,进而产生电压输出。
器件应用
MEMS热电堆的优势在于低成本、小型化、低功耗、高灵敏度以及制造与CMOS工艺相兼容。上述这些特点使MEMS热电堆得到广泛应用,例如额温枪和温度测量仪等。得益于成本效益高的大规模生产和高度的集成性,MEMS热电堆还可以与其他电子组件和系统进行集成,进一步扩展了其在医疗、环境监测、工业控制和消费电子产品的应用范围。例如,疫情期间上市的荣耀Play Pro4中就加入了热电堆传感器,可以在不同场景下准确测温,不仅可以实时测量体温,还可以测量各种物体的温度。
参考资料
最新修订时间:2024-06-20 18:08
目录
概述
基本原理
热电材料
MEMS热电堆
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