【正文】 m，表面積增大，具有良好的吸濕性。 圖 99表示了幾種負特性半導瓷阻值與濕度之關系 。 濕敏電阻結構示意圖 12341— 引 線 ； 2— 基 片 ；3— 感 濕 層 ； 4— 金 電 極（電解質濕度傳感器） 氯化鋰濕度 —電阻特性曲線 吸附脫附15 ℃7 . 06 . 56 . 05 . 55 . 04 . 54 . 040 50 60 70 80 90相 對 濕 度 / % R H電阻值的對數 /??二 、 陶瓷濕敏電阻 通常 ， 是用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結而成為多孔陶瓷 。 毛發(fā)濕度計 干濕球濕度表 ? 用一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。 濕度檢測較之其它物理量的檢測顯得困難 ，這首先是因為空氣中水蒸氣含量要比空氣少得多；另外 ， 液態(tài)水會使一些高分子材料和電解質材料溶解 ，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質結合成酸或堿 ， 使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化 ，從而喪失其原有的性質；再者 ， 濕信息的傳遞必須靠水對濕敏器件直接接觸來完成 ， 因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中 ， 不能密封 。 下圖為感濕溫度系數示意圖 。 特征量溫度系數 反映濕度傳感器在感濕特征量 —— 相對濕度特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性 。以電阻為例，在規(guī)定的工作濕度范圍內，濕度傳感器的電阻值隨環(huán)境濕度變化的關系特性曲線，簡稱 阻濕特性 。 大氣的相對濕度表明了大氣中的水汽離飽和狀態(tài)的遠近程度 。主要有質量百分比和體積百分比、相對濕度和絕對濕度、露點（霜點）等表示法。 ? – 為防止煤氣（ H2,CO），天然氣（ CH4），液化石油氣（ C3H C4H10）及 CO等氣體泄漏引起中毒、燃燒或爆炸； – 目前在該報警器上大都使用 SnO2氣體傳感器。 這種轉變又是可逆的 。 體電阻控制型半導體氣敏器件與被檢測氣體接觸時 ,引起器件體電阻改變的原因比較多 。 下圖給出了幾種表面電阻控制型氣體傳感器的結構 ,圖 敏傳感器阻值與被測氣體濃度的關系 。 電阻式又可分成表面電阻控制型和體電阻控制型 。因此 ,使氣敏元件恢復正常工作狀態(tài) ,需要一定的時間 ,稱為氣敏元件的初期穩(wěn)定時間。 agiaggigVVVVVVS?????? （ 3）氣敏元件的分辨率 表示氣敏元件對被測氣體的識別（選擇）以及對干擾氣體的抑制能力。由于經濟地理環(huán)境的差異，各地區(qū)空氣中含有的氣體成分差別較大，即使對于同一氣敏元件，在溫度相同的條件下，在不同地區(qū)進行測定，其固有電阻值也都將出現差別。 工作時 ， 要求在 F1和 F2上保持 100mA～ 200mA的電流通過 ， 以供可燃性氣體在檢測元件 F1上發(fā)生氧化反應 (接觸燃燒 )所需要的熱量 。一般情況下 ， 空氣中可燃性氣體的濃度都不太高 (低于 10％ )， 可燃性氣體可以完全燃燒 ， 其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度有關 。也可在較寬范圍內選擇點亮照明燈的照度 (即天黑到什么程度亮燈 )，電容 C起延時作用 (約 5s)，以避免閃電引起瞬間滅燈現象。當光電池受光照射時 ， 產生較高的電動勢 ， 只要光強大于某一設定的閾值 ， 系統(tǒng)就改變工作狀態(tài) ， 達到開關目的 。如果還需要向交流負載供電，則加一個直流－交流變換器，太陽電池電源系統(tǒng)框圖如圖。當轉軸轉動時，反光與不反光交替出現，光電敏感器件間斷地接收光的反射信號，轉換為電脈沖信號。 ? 硅光電池： – 峰值： – 光譜范圍： ~ ? 硒光電池： – 峰值： – 光譜范圍： ~ ? 可利用光源性質選擇光電池，也可根據光電池特性來選擇光源。這種濃度差便形成從表面向體內擴散的自然趨勢。 ? 硅光電池價格便宜， 轉換效率高，壽命長，適于接受紅外光 。 ?由于它可把太陽能直接變電能 ， 因此又稱為太陽能 電池 。 – 大多數光敏電阻的Ｔ大，頻率特性差。 – 同樣，光照停止后，光電流也要經過一定時間才能恢復到暗電流； – 光敏電阻的光電流隨光強度變化的慣性，通常用時間常數表示。 這種 梳狀電極 ， 由于在間距很近的電極之間有可能采用大的靈敏面積 ， 所以 提高了光敏電阻的靈敏度 。 1光導層 。光線愈強 ,激發(fā)出的電子 空穴對越多 ,電阻值越低 。 利用物質在光的照射下電導性能改變或產生電動勢的光電器件稱 內光電效應器件 ，常見的有光敏電阻、光電池和光敏晶體管等。 ?多發(fā)生于半導體內。 ?外光電效應多發(fā)生于金屬和金屬氧化物 ， 從光開始照射至金屬釋放電子所需時間不超過 109s。 ? 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現光電轉換的關鍵元件，它是把 光信號（紅外、可見及紫外光輻射） 轉變成為 電信號 的器件。 保持控制電流 (或磁感應強度 )恒定不變 ， 位移 、 壓力等被測量通過一定裝置轉換 ， 來改變磁感應強度 (或控制電流 )， 引起霍爾電勢的變化 ，從而實現對被測參量的測量 。 利用元件內阻的溫度特性和補償電阻，可自動調節(jié)霍爾元件的電流大小，從而起到補償作用。 寄生直流電勢 很容易使輸出產生漂移， 為了減少其影響 ，在元件的制作和安裝時， 應盡量改善電極的歐姆接觸性能和元件的散熱條件。 當霍爾電極不在同一等位面上時，因 r3增大而 r4減小，則電橋的平衡被破壞，輸出電壓 U0不等于零。這樣 (8－ 10)式可寫成如下 形式 : 形狀系數 fH(L/b)與長寬比 L/b之間的關系如右圖所示。 霍爾元件的結構比較簡單，它由霍爾片，引線和殼體組成，如右圖所示。 n e dIBU H /??設 KH=RH / d RH — 霍爾系數， KH稱為霍爾器件的靈敏度。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、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉換成電量來進行檢測和控制。建立在這一原理基礎上的傳感器稱為固態(tài)傳感器 ?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A。 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 /?當達到動態(tài)平衡（ fE+fL=0）時 + I + + + + + － － － － － － Ｂ L b d 霍爾效應原理圖 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 。但當磁場與電流同時換向時，霍爾電勢并不改變方向。 UH— B特性 當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系，而有非線性偏離。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。因此， 當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 。因此， 霍爾元件的性能參數 ，如內阻、霍爾電勢等 都將隨溫度變化 。 000000rIRIIIIHH???當溫度上升為 T時，可得： 式中 R— 溫度為 T時，霍爾元件的內阻， R=R0(1+βt)， β是 霍爾元件的溫度系數， 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 IrRrIrIIRIrIRIIIIHHHHH00000000000000)(。 當輸入壓力增加時 ， 彈簧管伸長 ， 使處于恒定磁場中的霍爾元件產生相應位移 ，霍爾元件的輸出即可反映被測壓力的大小 。 ?光電效應分為外光電效應和內光電效應兩大類 。 愛因斯坦光電效應方程 ?逸出功與材料的性質有關 ，當材料選定后，要使物體表面電子逸出，入射光的頻率 ν有一最低限度，當 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 ，相應的波長稱為紅限波長 。 式中 ν 、 λ分別為入射光的頻率和波長。 ?不足： 需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。 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體 。 6黑色絕緣玻璃 。 – 這時在工作電壓下測得的電流值稱為亮電流。 – 與普通電阻相似，電壓 ，電流 ，無飽和現象，但要注意不能超過額定值。 光敏電阻具有 很高的靈敏度 ， 很好的光譜特性 ，光譜響應可從紫外區(qū)到紅外區(qū)范圍內 。 ? 分類（命名方式）： 把光電池的半導體材料的名稱冠于光電池 (或太陽能電池 )之前。因此，它在宇宙飛船、衛(wèi)星、太空探測器等電源方面的應用是有發(fā)展前途的。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。 光電傳感器的應用舉例 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、光電轉速傳感器 2 3 1 2 3 1 (a) (b) 光電數字式轉速表工作原理圖 下圖是光電數字式轉速表的工作原理圖。 ?將光電池作光電轉換器件應用 ， 需要光電池具有靈敏度高 、 響應時間短等特性 ， 但不必需要像太陽電池那樣的光電轉換效率 。 當系統(tǒng)略有偏差時 ， 電路輸出差動信號帶動執(zhí)行機構進行糾正 ， 以此達到跟蹤的目的 。 在實際應用中 ， 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或自動控制的目的 。 ?按構成氣敏傳感器材料可分為半導體和非半導體兩大類 .目前實際使用最多的是半導體氣敏傳感器 . ?對氣敏元件的要求： 能長期穩(wěn)定工作，重復性好，響應速度快，共存物質產生的影響小。若與相應的電路配合，就能在空氣中當可燃性氣體達到一定濃度時，自動發(fā)出報警信號，其感應特性曲線如圖。 非電阻型半導體氣敏元件是利用其它參數 ,如二極管伏安特性和場效應晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的 . 半導體氣敏元件的特性參數 （ 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 。 通常 ， C1＞ C2。一般在 (～ )W范圍 。在一般條件下 ,氣敏元件存放兩周以后 ,其初期穩(wěn)定時間即可達最大值。 通常所指的氧化物半導體氣敏傳感器 ,就是由粉末狀氧化物經燒結或沉積而制成的 。(d)多層結構型 引線電極零位引線燈絲絕 緣 管催 化 介 層礬 鉬 三 氧 化 二 鋁( d )