【正文】 (～ )W范圍 。氣敏元件分辨率 S表示為 Va— 氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的輸出電壓； Vg— 氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負載電阻上的電壓 Vgi— 氣敏元件在 i種氣體濃度為規(guī)定值中工作時，負載電阻的電壓 （ 5） 氣敏元件的加熱電阻和加熱功率 氣敏元件一般工作在 200℃ 以上高溫 。 通常 ， C1＞ C2。因此，必須在潔凈的空氣環(huán)境中進行測量。 非電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用其它參數(shù) ,如二極管伏安特性和場效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的 . 半導(dǎo)體氣敏元件的特性參數(shù) （ 1） 氣敏元件的電阻值 將電阻型氣敏元件在常溫下潔凈空氣中的電阻值 ， 稱為氣敏元件 (電阻型 )的固有電阻值 ， 表示為 Ｒ ａ 。 當(dāng)檢測元件 F1與可燃性氣體 接觸時 ， 由于劇烈的氧化作 用 (燃燒 )， 釋放出熱量 ， 使 得檢測元件的溫度上升 ， 電 阻值相應(yīng)增大 ， 橋式電路不 再平衡 ， 在 A、 B間產(chǎn)生電位差 E。若與相應(yīng)的電路配合，就能在空氣中當(dāng)可燃性氣體達到一定濃度時，自動發(fā)出報警信號，其感應(yīng)特性曲線如圖。 空氣中可燃性氣體濃度愈大 ，氧化反應(yīng) (燃燒 )產(chǎn)生的反應(yīng)熱量 (燃燒熱 )愈多 ， 鉑絲的溫度變化 (增高 )愈大 ， 其電阻值增加的就越多 。 ?按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類 .目前實際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器 . ?對氣敏元件的要求： 能長期穩(wěn)定工作，重復(fù)性好，響應(yīng)速度快，共存物質(zhì)產(chǎn)生的影響小。 路燈自動控制電路 167。 在實際應(yīng)用中 ， 主要利用光電池的光照特性、 光譜特性 、 頻率特性和溫度特性等 ， 通過基本電路與其它電子線路的組合可實現(xiàn)或自動控制的目的 。 (c) 光電池觸發(fā)電路 R1 R2 R3 R4 R5 R6 BG1 BG2 BG3 BG4 C1 C2 C3 +12V W 圖 (c)為光電池觸發(fā)電路 。 當(dāng)系統(tǒng)略有偏差時 ， 電路輸出差動信號帶動執(zhí)行機構(gòu)進行糾正 ， 以此達到跟蹤的目的 。 調(diào)節(jié)控制器 逆變器 交流負載 太陽 電池 方陣 直流負載 太陽能電池電源系統(tǒng) 阻塞二極管 2．光電池在光電檢測和自動控制方面的應(yīng)用 光電池作為光電探測使用時 ， 其基本原理與光敏二極管相同 ， 但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同 。 ?將光電池作光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用 ， 需要光電池具有靈敏度高 、 響應(yīng)時間短等特性 ， 但不必需要像太陽電池那樣的光電轉(zhuǎn)換效率 。 三、光電池應(yīng)用 光電池主要有兩大類型的應(yīng)用： ?將光電池作光伏器件使用 ， 利用光伏作用直接將大陽能轉(zhuǎn)換成電能 ， 即太陽能電池 。 光電傳感器的應(yīng)用舉例 平行 光源 光電 探測 放大 顯示 刻度 校正 報警器 吸收式煙塵濁度檢測系統(tǒng)原理圖 煙道 二、光電轉(zhuǎn)速傳感器 2 3 1 2 3 1 (a) (b) 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表工作原理圖 下圖是光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表的工作原理圖。 ΦPN 結(jié)NPE20406080100Kr(%)12λ ( μ m )0 . 60 . 4 0 . 8 1 . 01 . 2a ) 結(jié)構(gòu)示意圖 b ) 圖形符號 1 硅光電池 2 硒光電池光電池的光譜特性 適用于可見光 應(yīng)用范圍廣 一、煙塵濁度監(jiān)測儀 防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一 。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。由于 PN結(jié)內(nèi)電場的方向是由 N區(qū)指向 P區(qū)的，它使擴散到 PN結(jié)附近的電子 —空穴對分離，光生電子被推向 N區(qū)，光生空穴被留在 P區(qū)。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面的應(yīng)用是有發(fā)展前途的。 ? 硒光電池光電轉(zhuǎn)換效率低 (％ )、壽命短，適于接收可見光 (響應(yīng)峰值波長 ) ，其 光譜峰值位于人眼的視覺范圍，所以很多分析儀器、測量儀表也常用到它。 ? 分類（命名方式）： 把光電池的半導(dǎo)體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前。 ?它是基于光生伏特效應(yīng)制成的 ， 是發(fā)電式有源元件 。 光敏電阻具有 很高的靈敏度 ， 很好的光譜特性 ，光譜響應(yīng)可從紫外區(qū)到紅外區(qū)范圍內(nèi) 。 ? 伏安特性：曲線 2分別代表照度為零幾位某一值時的伏安特性。 – 與普通電阻相似，電壓 ，電流 ，無飽和現(xiàn)象，但要注意不能超過額定值。 – 時間常數(shù)反映了光敏電阻對光照響應(yīng)的快慢程度。 – 這時在工作電壓下測得的電流值稱為亮電流。 圖 （ c） 是光敏電阻的代表符號 。 6黑色絕緣玻璃 。 2玻璃窗口 。 管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體 。 ?光照停止后 ,自由電子與空穴復(fù)合 ,導(dǎo)電性能下降 ,電阻恢復(fù)原值。 ?不足： 需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。本節(jié)重點介紹內(nèi)光電效應(yīng)器件。 式中 ν 、 λ分別為入射光的頻率和波長。 ?根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為 光電導(dǎo)效應(yīng) 和 光生伏特效應(yīng) 兩類： （ 1）光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng) 。 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ?逸出功與材料的性質(zhì)有關(guān) ，當(dāng)材料選定后，要使物體表面電子逸出，入射光的頻率 ν有一最低限度，當(dāng) hν 小于 A0時，即使光強很大，也不可能有電子逸出，這個最低限度的頻率稱為 紅限頻率 ，相應(yīng)的波長稱為紅限波長 。 ?基于外光電效應(yīng)的光電器件有 光電管 、 光電倍增管等 。 ?光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類 。 ? 敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。 當(dāng)輸入壓力增加時 ， 彈簧管伸長 ， 使處于恒定磁場中的霍爾元件產(chǎn)生相應(yīng)位移 ，霍爾元件的輸出即可反映被測壓力的大小 。 IBKdIBRU HHH ???? 以微位移檢測為基礎(chǔ)，可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機械振動、加速度、重量、稱重等霍爾傳感器 . 霍爾式位移傳感器 ? 霍爾元件與被測物體相連接，當(dāng)被測物移動，產(chǎn)生一定位移時，穿過霍爾元件的磁場變化，引起霍爾電勢發(fā)生變化，可反映被測位移的大小。 000000rIRIIIIHH???當(dāng)溫度上升為 T時，可得： 式中 R— 溫度為 T時，霍爾元件的內(nèi)阻， R=R0(1+βt)， β是 霍爾元件的溫度系數(shù)， t＝ T－ T0 r — 溫度為 T時，補償電阻值， r=r0(1+δt)， δ是 補償 電阻的溫度系數(shù) IrRrIrIIRIrIRIIIIHHHHH00000000000000)(。 ▲補償電阻 r0的選擇： 設(shè)在某一基準(zhǔn)溫度 T0時，有： I —— 恒流源輸出電流 。因此， 霍爾元件的性能參數(shù) ，如內(nèi)阻、霍爾電勢等 都將隨溫度變化 。 4．感應(yīng)電勢 霍爾元件在交變磁場中工作時 ， 即使不加控制電流 ， 由于霍爾電勢的 引線布局不合理 ， 在輸出回路中也會 產(chǎn)生附加感應(yīng)電勢 ， 其大小不僅 正比于磁場的變化頻率和磁感應(yīng)強度的幅值 ，并與 霍爾電勢極 引線所構(gòu)成的感應(yīng)面積成正比 (如下圖所示 )。因此， 當(dāng)元件在不加磁場的情況下通入交流控制電流時，它的輸出除了交流不等電勢外，還有一直流分量 ，這個直流分量稱為： 寄生直流電勢 。恢復(fù)電橋平衡的辦法是減小 r2或 r3 。在分析不等位電勢時，可 把霍爾元件等效為一個電橋 ，如上圖所示。由圖可知，當(dāng) L／ b＞ 2時，形狀系數(shù)接近 1。 UH— B特性 當(dāng)控制電流保持不變時，元件的開路霍爾輸出隨磁場強度的增加不完全呈線性關(guān)系，而有非線性偏離。 在短邊的兩個端面上焊出兩根控制 電流端引線 (圖中的 1’)，在長邊中 點以點焊形式焊出兩根霍爾電勢輸出 端引線 (圖中的 2’)，焊點要求接觸 電阻小 (即歐姆接觸 )。但當(dāng)磁場與電流同時換向時，霍爾電勢并不改變方向。它與載流材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，表示在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流作用下，霍爾電勢的大小。 同時 ， 作用于電子的 電場力 二、霍爾磁敏傳感器工作原理 beUeEf HHE /??beUe v B H /?當(dāng)達到動態(tài)平衡（ fE+fL=0）時 + I + + + + + － － － － － － Ｂ L b d 霍爾效應(yīng)原理圖 UH fL v fE Lf e v B??dn e v bdjbI ?????dn e bIv ??? /p e dIBU H /?霍爾電勢 UH與 I、 B的乘積成正比 ， 而與 d成反比 。 一、霍爾效應(yīng) 通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 固態(tài)傳感器主要包括：磁敏傳感器、光敏傳感器、電荷耦合器件、氣體傳感器、濕度傳感器等等。建立在這一原理基礎(chǔ)上的傳感器稱為固態(tài)傳感器 。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。前者是直接檢測出被檢測對象本身的磁場或磁特性，后者是檢測被檢對象上人為設(shè)置的磁場，用這個磁場作為被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉(zhuǎn)換成電量來進行檢測和控制。又設(shè)電子以均勻的速度 v運動 ， 則在垂直方向施加的磁感應(yīng)強度 B的作用下 ， 它受到 洛侖茲力 e—電子電量 ( 1019C)； v—電于運動速度。 n e dIBU H /??設(shè) KH=RH / d RH — 霍爾系數(shù)， KH稱為霍爾器件的靈敏度。 為電子電量）為電子密度， enen1R H (? 若磁感應(yīng)強度 B的方向與霍爾器件的平面法線夾角為 θ時，霍爾電 勢 應(yīng)為： UH＝ KH I B cosθ 注意：當(dāng)控制電流的方向或磁場方向換向時，輸出霍爾電勢的方向也改變。 霍爾元件的結(jié)構(gòu)比較簡單，它由霍爾片，引線和殼體組成，如右圖所示?；魻栞敵龆私迂撦d RL， RL可以是一般電阻，也可是放大器輸入電阻或表頭內(nèi)阻等 . 四、測量電路 UH— I特性 當(dāng)磁場恒定時，在一定溫度下測定控制電流 I與霍爾電勢UH， 可得到良好的線性關(guān)系，如下圖所示： 五、電磁特性 其直線的斜率稱為控制電流靈敏度，以符號 KI表示： 據(jù)霍爾元件的計算公式，可得： 可見，靈敏度 KH大的元件，其控制電流靈敏度一般也很大。這樣 (8－ 10)式可寫成如下 形式 : 形狀系數(shù)