0 引 言

　　对于具有标准化分度号的传感器，目前，市场上一般有与之对应的标准化信号调理电路。由于这些标准化信号调理电路是标准设计、批量生产的，因此，其可靠性高，价格一般也较为合理。但具有标准化分度号的传感器在整个传感器家族中却仅占少数。当人们在研制某些测量系统的过程中不得不选用非标准化传感器时，一般需要设计、制作相应的信号调理电路。由于任何电子产品的成熟都需要一个可靠性增长过程，如果所研制的测量系统生产批量不是太大，则信号调理电路的可靠性、稳定性难以保证，势必影响整个测量系统的可靠性、稳定性。由于目前测量系统一般都具备数据处理功能，如果能够对某些非标准化传感器，选用与其特性尽量接近的标准化信号调理电路对其进行信号调理，而将其差异通过数据处理软件进行相应补偿，则可在保证测量精度的前提下有效简化测量系统的硬件，缩短开发周期，提高系统的可靠性、稳定性。在研制低成本聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，pcr)芯片测量与控制系统的过程中成功实现了上述设想。

1 利用印刷电路板工艺制作的非标准化温度传感器

　　pcr是一种体外模拟自然dna复制过程的核酸扩增技术。随着微机电系统技术的兴起，一类微反应器一集成微反应槽pcr芯片使进行pcr的设备平台面临革命性的变革。但是，pcr芯片在进军市场的过程中却遇到了较大的困难，主要原因之一是芯片成本居高不下。为此，本文作者设计了一种结构简化、低成本的pcr芯片，同时，提出了一种新型测控方案，该方案能够对120只芯片进行温度控制。为实现该方案，需要在芯片阵列上方覆盖一张柔性印刷电路板(printed circuit board，pcb)，柔性pcb板与120只pcr芯片靠弹性力均匀接触。利用pcb板铜箔具有一定阻值，且该阻值与温度有确切对应关系的原理在柔性pcb板上制作120个微加热及传感单元，微加热及传感单元与pcr芯片长、宽几何尺寸相同。整个系统由一台工业控制计算机通过相应接口板卡控制。每个微加热及传感单元如图1所示。

　　图1所示传感元件的测温原理与标准化铜电阻类似。标准化铜电阻由纯度为99.99％的铜丝制成，电阻温度系数一般为(4.26～4.35)×10-3／℃，并近似线性，使用范围为-50～150℃。我国现行的铜电阻温度传感器分度号为cu50，cu100，100℃时的阻值与0℃时的阻值的比值为1.428±0.002。标准化铜电阻温度传感器在0～100℃的范围内，其温度与阻值的关系可用下式表示

rt=r0(1+αt)， (1)

　　式中r0，rt分别为0℃和t℃时的阻值；α为标准化铜电阻温度传感器的电阻温度系数，α=4.33×10-3／℃。

　　但在上述柔性pcb板上不可能制作标准化的铜电阻温度传感器，其原因一是在28mm×28mm面积的pcb板上制作0℃时阻值为50 ω或100 ω的电阻几乎不可能。目前，国内制作pcb板的设备所能加工的最细线宽为50μm，最薄的铜箔为5μm，但采用过薄的铜箔易造成加热器、传感器断丝，为保证可靠性，特将铜箔厚度取为35μm，线宽取为55μm，在与芯片对等而积的pcb板上只能安排25 ω左右的铜电阻。事实上，所制作的传感元件在0℃时的阻值约为16.7 ω，加热元件阻值约为8.3 ω；二是制作pcb板所用敷铜板上铜箔的纯度达不到标准化铜电阻所规定的纯度。因此，不能直接使用针对标准化铜电阻而生产的信号调理电路。如何将pcb板上电阻总值为十几个欧姆、每摄氏度变化所对应的电阻变化在百分之几欧姆的电信号输入到计算机内，并按符合要求的精度转换为温度值，成为必须解决的一个难点问题。

2 非标准化铜电阻温度传感器的信号调理

　　在研究过程中曾经按常规思路专门设计了非标准化铜电阻温度传感器的信号调理电路。将每10个芯片所对应的10只铜电阻传感器串联，公用一个集成恒流源激励，将每个电阻的高电位端对直流信号地的电压经5倍放大后引致商品化的a／d转换接口板。计算机在完成a／d转换后，首先，对相串联的2个相邻电阻所对应的数字量进行计算，使运算结果为某个铜电阻两端电压所对应的数字量。经预先的静态标定，获得这类数字量与温度的对应关系，然后，将这种关系编制成相应软件，从而完成温度检测。这种方案理论上是科学的，在实验室里也做通了实验，检测精度也符合要求。但实验电路可靠性差、稳定性差。究其原因是自制电路的模拟部分过于复杂，计有12个恒流源、120个放大器，且要求这120个放大器具有一致的放大倍数，这在实验室的手工制作工艺条件下是难以保证的。为克服上述工艺和设备困难，经反复研究，获得了下述方案。

　　柔性印刷电路板绝大多数采用压延铜箔，其铜纯度为99.9％，高于普通印刷电路板所用的电解铜箔(纯度为99.8％)，但仍低于标准化铜电阻所要求的纯度，因此，采用柔性印刷电路板制作的铜电阻温度传感器为非标准化

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