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　　1 引言

　　在半導體電阻式氣體傳感器中，氣敏芯體對溫度非常敏感，在整個工作環境溫度波動范圍內溫度噪聲通常會完全掩蓋氣體濃度輸出的有效信號。另外氣體傳感器大多利用化學反應性質測量氣體濃度，化學性質通常與溫度有關，為了獲得最佳響應特性，敏感芯體通常需要工作在特定溫度，因而為氣敏芯體提供恒定的工作溫度環境顯得非常有意義。

　　在電路設計理論里實現恒溫控制的方式有很多，傳感器的特殊應用決定了低功耗、高精度、高可靠性的分立模擬電路實現方案非常適合。PID脈寬控制恒溫模擬電路具有非常好的控溫精度，同時元器件簡單且具有可靠的失效率參數，風險可控，非常適合航天產品的設計要求。

　　2 電路框圖

　　傳感器芯體上面集成了測溫電阻與加熱電阻，測溫電阻能實時監測傳感器芯體的當前溫度，且反饋到控制電路的輸入端，作為溫度誤差信號的一個輸入端，形成閉環控制。

　　電路框圖如圖1 所示，測溫電路把當前芯體溫度值轉化為電壓值，該值是一個微弱信號值，必須經過高信噪比前置放大電路放 大到合適的電壓輸出值，再經過系統放大，然后輸送給PID 環節進行控制輸出，控制輸出產生寬度可調脈沖信號驅動加熱電路，給傳感器芯體加熱。傳感器當前溫度與設定溫度溫差值越大，誤差電壓信號越大，經過PID 控制輸出脈寬開通時間越長，加熱功率越大，反之亦然，從而實現了恒溫控制。

　　2.1 溫度與加熱功率

　　傳感器芯體溫度與加載在芯體上的正熱能與負熱能大小有關。若傳感器芯體溫度維持在環境溫度以上，則傳感器芯體加載的正熱能來自電能，由焦耳定律可以知道若給定電阻R 上加熱電流為I，加熱時間為T，那么有I2 * R* T 的電能轉換成熱能； 而傳感器芯體加載的負熱能可以是傳感器芯體與周圍環境的溫度差而產生的熱對流及熱傳導帶來的熱能轉移。這種正熱能與負熱能對溫度的影響體現為傳感器芯體的 加熱功率與制冷功率，它們共同決定了傳感器芯體的穩定溫度。假設傳感器芯體工作環境溫度為25℃，傳感器芯體氣體濃度響應最佳溫度為80℃，因熱傳導和熱 對流損失的負熱能為某個可測量值且保持恒定，那么該點環境下芯體溫度只與加熱功率有關。如上所述，給芯體合適電流，那芯體就可以維持設定點溫度，若環境溫 度上下波動，芯體加熱與制冷的功率隨溫度發生變化，要使芯體繼續維持在設定點溫度，只需要調節芯體上電流的大小。在25℃環境下，實際測得加熱功率與芯體 溫度的關系如圖2 所示，加熱功率為0.45W 時芯體即可穩定工作在設定溫度80℃。