Xensor,XEN-3880,導熱系數計,導熱傳感器,應用,溫度系數,XEN-3880的輸出電壓Uout的溫度系數（TC）取決于三個因素。為了了解這個溫度系數（TC），我們將通過以下公式評估XEN-3880的輸出電壓Utp（單位：伏特）：
Uout = Utp = Pin × Nαs × Rth
其中：
- Pin是輸入功率（單位：瓦特）。
- Nαs是熱電堆的靈敏度（單位：V/K），N是熱電堆的條帶數，αs是每個條帶的平均塞貝克系數。
- Rth是熱電堆熱接點與周圍環境之間的熱阻（單位：K/W）。
這一熱阻由傳感器膜的熱導率Gmem與周圍氣體的熱導率Ggas并聯決定，見圖1和圖2。在XEN-3880中，通常忽略對流和輻射效應。上述三個主要因素都是溫度依賴的。
圖1：XEN-3880的熱特性離散元件表示，包含輸入加熱功率Pin和熱電堆輸出電壓Uout。
圖2：XEN-3880 TO-5封裝，顯示帶有熱電堆的膜，熱電堆延伸到芯片的四個角，并且加熱器位于中心。加熱功率Pin由中心的多晶硅加熱電阻Rh（約600 Ω）提供。
加熱電阻的溫度系數（TCR）大約為0.1 %/K（約0.6 Ω/K）。如果通過與溫度無關的電壓Uh來偏置加熱器，則加熱功率為Uh2/Rh，功率的溫度系數為-0.1 %/K，即為加熱電阻的逆溫度系數。如果通過電流Ih（或通過一個與Rh串聯的大電阻的電壓源）來偏置，則功率為Ih2Rh，功率的溫度系數為+0.1 %/K，等同于Rh的溫度系數。通過使用電壓或電流偏置，或兩者的組合，我們可以使整體溫度系數變化±0.1 %/K。
通過使用與Rh相等的串聯電阻的電壓源偏置，功率的溫度系數大致為零。
熱電堆的溫度系數
熱電堆靈敏度Nαs有一個技術上確定的溫度系數，對于XEN-3880來說，在室溫下約為+0.15 %/°C。這意味著，對于給定的熱電堆溫差，熱電堆的輸出將隨環境溫度的變化大約上升0.15%/°C。
熱阻的溫度系數
最復雜的因素是熱阻。熱阻及其溫度系數取決于傳感器的使用環境。
在真空中
在低壓下（1 Pa或更低），熱阻幾乎完全由膜決定。對于XEN-3880來說，膜的熱阻主要由低應力LPCVD硅氮化物（SiN）決定。這意味著，在真空中，熱阻的溫度系數由SiN的溫度系數決定，預計為+0.05 %/K。
當XEN-3880作為氣體類型傳感器使用時
當使用TCG來確定氣體類型或氣體混合物時，情況有所不同。在大氣壓（100 kPa）下，XEN-3880的輸出電壓僅為0 Pa時輸出電壓的25%。這意味著，熱阻對環境的熱導率Gth（熱阻的倒數）大約有75%的貢獻由氣體導熱決定。因此，氣體導熱的溫度系數將對熱阻的溫度系數貢獻75%。氣體導熱的溫度系數通常約為+0.3 %/K，在室溫下，氣體導熱的溫度系數表明隨著溫度升高，熱阻會減小。對于空氣，其導熱系數的溫度系數為0.29 %/K，假設膜的熱阻以0.05 %/K的速率增加，這樣熱阻的溫度系數為0.25×0.05%/K + 0.75×-0.29%/K = -0.2 %/K。
在純氦氣中
當傳感器浸入純氦氣時，情況再次發生變化。由于氦氣的高導熱性，輸出電壓又降低了4倍。現在，熱阻幾乎完全由氦氣決定，并且其溫度系數也隨之變化。氦氣的導熱系數溫度系數大約為0.24 %/K，因此熱阻的溫度系數現在略微增大，約為-0.24 %/K。
XEN-3880的總體溫度系數
表1給出了不同測量情況下各種溫度系數的概覽，具體解釋如下。
真空傳感器
對于XEN-TCG3880的總體溫度系數（TC），現在是各個組成部分的總和。我們得到的真空傳感器在0 Pa時的溫度系數為：
+0.15 %/K（熱電堆）+ 0.05 %/K（膜的熱阻）±0.10 %/K（功率）= +0.10 %/K到+0.30 %/K。
在0 Pa時，無法實現接近零的溫度系數。推薦使用純電壓偏置，因為熱電堆和膜的溫度系數均為正。通過簡單的偏置方式，無法在0-100 kPa的整個壓力范圍內為真空傳感器實現接近零的溫度系數，這一點可以從氣體類型傳感器的情況推斷出來。需要通過反饋輸出信號，使加熱功率依賴于輸出信號和溫度。即使如此，測量不同氣體類型的亞大氣壓時仍然會遇到問題，正如氦氣和空氣的例子所示。
氣體類型傳感器
對于氣體類型傳感器，測量空氣時，我們得到的溫度系數為：
+0.15 %/K（熱電堆）- 0.20 %/K（熱阻）±0.10 %/K（功率）= -0.15 %/K到+0.05 %/K。
因此，通過從一個帶有約2 kΩ串聯電阻的電壓源供電，可以實現接近零的溫度系數。
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