Xensor,XEN-3880,导热系数计,导热传感器,应用,温度系数,XEN-3880的输出电压Uout的温度系数（TC）取决于三个因素。为了了解这个温度系数（TC），我们将通过以下公式评估XEN-3880的输出电压Utp（单位：伏特）：
Uout = Utp = Pin × Nαs × Rth
其中：
- Pin是输入功率（单位：瓦特）。
- Nαs是热电堆的灵敏度（单位：V/K），N是热电堆的条带数，αs是每个条带的平均塞贝克系数。
- Rth是热电堆热接点与周围环境之间的热阻（单位：K/W）。
这一热阻由传感器膜的热导率Gmem与周围气体的热导率Ggas并联决定，见图1和图2。在XEN-3880中，通常忽略对流和辐射效应。上述三个主要因素都是温度依赖的。
图1：XEN-3880的热特性离散元件表示，包含输入加热功率Pin和热电堆输出电压Uout。
图2：XEN-3880 TO-5封装，显示带有热电堆的膜，热电堆延伸到芯片的四个角，并且加热器位于中心。加热功率Pin由中心的多晶硅加热电阻Rh（约600 Ω）提供。
加热电阻的温度系数（TCR）大约为0.1 %/K（约0.6 Ω/K）。如果通过与温度无关的电压Uh来偏置加热器，则加热功率为Uh²/Rh，功率的温度系数为-0.1 %/K，即为加热电阻的逆温度系数。如果通过电流Ih（或通过一个与Rh串联的大电阻的电压源）来偏置，则功率为Ih²Rh，功率的温度系数为+0.1 %/K，等同于Rh的温度系数。通过使用电压或电流偏置，或两者的组合，我们可以使整体温度系数变化±0.1 %/K。
通过使用与Rh相等的串联电阻的电压源偏置，功率的温度系数大致为零。
热电堆的温度系数
热电堆灵敏度Nαs有一个技术上确定的温度系数，对于XEN-3880来说，在室温下约为+0.15 %/°C。这意味着，对于给定的热电堆温差，热电堆的输出将随环境温度的变化大约上升0.15%/°C。
热阻的温度系数
最复杂的因素是热阻。热阻及其温度系数取决于传感器的使用环境。
在真空中
在低压下（1 Pa或更低），热阻几乎完全由膜决定。对于XEN-3880来说，膜的热阻主要由低应力LPCVD硅氮化物（SiN）决定。这意味着，在真空中，热阻的温度系数由SiN的温度系数决定，预计为+0.05 %/K。
当XEN-3880作为气体类型传感器使用时
当使用TCG来确定气体类型或气体混合物时，情况有所不同。在大气压（100 kPa）下，XEN-3880的输出电压仅为0 Pa时输出电压的25%。这意味着，热阻对环境的热导率Gth（热阻的倒数）大约有75%的贡献由气体导热决定。因此，气体导热的温度系数将对热阻的温度系数贡献75%。气体导热的温度系数通常约为+0.3 %/K，在室温下，气体导热的温度系数表明随着温度升高，热阻会减小。对于空气，其导热系数的温度系数为0.29 %/K，假设膜的热阻以0.05 %/K的速率增加，这样热阻的温度系数为0.25×0.05%/K + 0.75×-0.29%/K = -0.2 %/K。
在纯氦气中
当传感器浸入纯氦气时，情况再次发生变化。由于氦气的高导热性，输出电压又降低了4倍。现在，热阻几乎完全由氦气决定，并且其温度系数也随之变化。氦气的导热系数温度系数大约为0.24 %/K，因此热阻的温度系数现在略微增大，约为-0.24 %/K。
XEN-3880的总体温度系数
表1给出了不同测量情况下各种温度系数的概览，具体解释如下。
真空传感器
对于XEN-TCG3880的总体温度系数（TC），现在是各个组成部分的总和。我们得到的真空传感器在0 Pa时的温度系数为：
+0.15 %/K（热电堆）+ 0.05 %/K（膜的热阻）±0.10 %/K（功率）= +0.10 %/K到+0.30 %/K。
在0 Pa时，无法实现接近零的温度系数。推荐使用纯电压偏置，因为热电堆和膜的温度系数均为正。通过简单的偏置方式，无法在0-100 kPa的整个压力范围内为真空传感器实现接近零的温度系数，这一点可以从气体类型传感器的情况推断出来。需要通过反馈输出信号，使加热功率依赖于输出信号和温度。即使如此，测量不同气体类型的亚大气压时仍然会遇到问题，正如氦气和空气的例子所示。
气体类型传感器
对于气体类型传感器，测量空气时，我们得到的温度系数为：
+0.15 %/K（热电堆）- 0.20 %/K（热阻）±0.10 %/K（功率）= -0.15 %/K到+0.05 %/K。
因此，通过从一个带有约2 kΩ串联电阻的电压源供电，可以实现接近零的温度系数。
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