【正文】 由于加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種 ， 因而形成了直熱式和旁熱式氣敏元件 。 圖 γ Fe2O3氣敏器件結(jié)構(gòu) 當(dāng)它與氣體接觸時 ,隨著氣體濃度增加形成 Fe+2離子 ,而變成為 Fe3O4,使器件的體電阻下降 。 典型三氧化二鐵氣敏特性如圖 。 ? – 對于污染環(huán)境需要檢測的氣體有 SO H2S、 NOX、CO、 CO2等，需要定量測量，宜選用電化學(xué)氣體傳感器。 v／ V 100％ 這兩種方法統(tǒng)稱為水蒸氣百分含量法。 ?濕度傳感器的 特點 ： – 可以集中進行控制，便于遙測； – 不需要很大的檢測空間； – 可方便地與數(shù)字電路相匹配； ?濕度傳感器的 應(yīng)用 領(lǐng)域 ： – 空調(diào)系統(tǒng)； – 半導(dǎo)體制造業(yè)，計算機房； – 工業(yè)生產(chǎn)中的濕度控制； – 糧食、煙草、紙張、藥材、食品等儲藏管理； – 圖書、資料、文物的保管； – 精密光學(xué)、電子、化工、機械加工的濕度控制； – 農(nóng)業(yè)及飼料加工廠的濕度控制； – 電子儀器及家用電器的濕度控制； – 氣象觀測； – 軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)及儲存； ?濕度傳感器的主要參數(shù) 濕度量程 指濕度傳感器技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的感濕范圍 。 其定義是在某一相對濕度范圍內(nèi) ， 相對濕度改變 1％ RH時 ， 濕度傳感器電參量的變化值或百分率 。 它表示在兩個規(guī)定的溫度下 ， 濕度傳感器的電阻值(或電容值 )達到相等時 ， 其對應(yīng)的相對濕度之差與兩個規(guī)定的溫度變化量之比 ， 稱為感濕溫度系數(shù) 。響應(yīng)時間又分為 吸濕響應(yīng)時間 和 脫濕響應(yīng)時間 。利用這一變化即可制造毛發(fā)濕度計?？諝鉂穸仍叫。瑵袂虮砻娴乃终舭l(fā)越快，濕球溫度降得越多，干濕球的溫差就越大；反之，空氣濕度越大，濕球表面的水分蒸發(fā)越慢，濕球溫度降得越少，干濕球的溫差就越小。 它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導(dǎo)特性 。 從圖 99與圖 910可以看出 ， 當(dāng)相對濕度從0%RH變化到 100%RH時 ， 負特性材料的阻值均下降 3個數(shù)量級 ，而正特性材料的阻值只增大了約一倍 。 谷物水分傳感器 紙張水分傳感器 電容水分傳感器 通常檢測介質(zhì)的水分，常使用變介電常數(shù)式電容傳感器。 于是 ， 表面電阻將由于電子濃度下降而加大 ， 這類半導(dǎo)瓷材料的表面電阻將隨濕度的增加而加大 。 如果該半導(dǎo)瓷是Ｐ型半導(dǎo)體 ， 則由于水分子吸附使表面電勢下降 ， 將吸引更多的空穴到達其表面 ， 于是 ， 其表面層的電阻下降 。當(dāng)濕球因蒸發(fā)而消耗的熱量和從周圍空氣中獲得的熱量相平衡時，濕球溫度就不再繼續(xù)下降，從而出現(xiàn)一個干濕球溫度差。 ?碳膜及硒膜濕度傳感器 ?金屬氧化物陶瓷濕度傳感器 ?金屬氧化物膜濕度傳感器 ?高分子材料濕度傳感器 ?電解質(zhì)濕度傳感器 ?水晶振子濕度傳感器 水分子親和力型 ?非水分子親和力型傳感器 ?熱敏電阻式濕度傳感器 ?紅外濕度傳感器 ?微波濕度傳感器 ?超聲波濕度傳感器 毛發(fā)濕度計 ?利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器。單位是 s。 100121 ???TRRR100121 ???TCCCΔ T—— 溫度 25℃ 與另一規(guī)定環(huán)境溫度之差； R1(C1)—— 溫度 25℃ 時濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )； R2(C2)—— 另一規(guī)定環(huán)境溫度時濕度傳感器的電阻值 (或電容值 )。對于這種濕敏電阻器，低濕時阻值不能太高，否則不利于和測量系統(tǒng)或控制儀表相連接。 – 露點： 就是指使大氣中原來所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低到的 溫度 。 – 每 1m3大氣所含水汽的克數(shù)，稱為大氣的絕對濕度。 ? – 礦物冶煉過程中常使用氧傳感器（ ZrO2傳感器），滿足耐高溫，耐腐蝕； – 半導(dǎo)體工業(yè)中需要多種氣體傳感器，需要使用檢測極低的濃度，可靠性好的傳感器，常使用電化學(xué)氣體傳感器。 Fe2O3類氣敏傳感器不用貴金屬催化劑 ,但也要用加熱措施 ,通常在元件外部由電熱絲烘烤 。 另外 ,很多氧化物半導(dǎo)體 ,由于化學(xué)計量比的偏離 ,尤其是化學(xué)反應(yīng)強而且容易還原的氧化物 ,在比較低的溫度下與氣體接觸時晶體中的結(jié)構(gòu)缺陷就發(fā)生變化 ,繼之體電阻發(fā)生變化 ,因此 ,可以檢測各種氣體 。(d)多層結(jié)構(gòu)型 圖 (a)燒結(jié)型； (b)薄膜型 。 由于半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì) ,氣體在半導(dǎo)體材料顆粒表面的吸附可導(dǎo)致材料載流子濃度發(fā)生相應(yīng)的變化 ,從而改變半導(dǎo)體元件的電導(dǎo)率 。初期穩(wěn)定時間是敏感元件存放時間和環(huán)境狀態(tài)的函數(shù)。 直熱式的加熱電阻值一般小于 5Ω；旁熱式的加熱電阻大于 20Ω。它表示氣體敏感元件的電參量（如電阻型氣敏元件的電阻值）與被測氣體濃度之間的依從關(guān)系。 ?前者半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子接受 ,結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化 ,但內(nèi)部化學(xué)組成不變 。 接觸燃燒式氣敏元件的感應(yīng)特性 0 50 100 150 輸 出 電 壓 / mV 丙烷 乙醇 異丁烷 丙酮 環(huán)己烷 氣體濃度 (XLEL) 但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，其壽命較短，所以，實際應(yīng)用的檢測元件，都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。 ?為了保護人類賴以生存的自然環(huán)境，防止不幸事故的發(fā)生，需要對各種有害、可燃性氣體，在環(huán)境中存在的情況進行有效地監(jiān)控。 +12V 5G23 (d) 光電池放大電路 C3 12V W R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 1 8 7 6 5 4 3 2 圖 (d)為光電池放大電路 。 (a) 光電追蹤電路 +12V R4 R3 R6 R5 R2 R1 W BG1 BG2 圖 (a)為光電池構(gòu)成的光電跟蹤電路 ， 用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件 。 太陽能電池已在宇宙開發(fā) 、 航空 、 通信設(shè)施 、 太陽電池地面發(fā)電站 、日常生活和交通事業(yè)中得到廣泛應(yīng)用 。 煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的 。 光電池的示意圖 + 光 P N － SiO2 RL (a) 光電池的結(jié)構(gòu)圖 I 光 P N ?若用導(dǎo)線連接 P區(qū)和 N區(qū)，電路中就有光電流流過。 ? 砷化鎵光電池轉(zhuǎn)換效率比硅光電池稍高，光譜響應(yīng)特性則與太陽光譜最吻合。 ?應(yīng)用 ?人造衛(wèi)星、宇宙飛船、星際站、太空實驗室、航標燈、邊遠山區(qū)的永久性 電源 。 伏安特性 頻率特性 光敏電阻的靈敏度易受濕度的影響 ， 因此要將光電導(dǎo)體嚴密封裝在玻璃殼體中 。 ?光譜特性：靈敏度 —λ – 對于不同的波長，光敏電阻的靈敏度不同 – 硫化鎘 ——峰值在可見光域 – 硫化鉛 ——峰值在紅外區(qū)域 – 可根據(jù)光源的波長來選擇光敏元件 ——獲得最佳靈敏度。 暗電阻： １Ｍ Ω～１００Ｍ Ω – 這時在給定工作電壓下測得光敏電阻中的電流值稱為暗電流。 4電極 。 光敏電阻工作示意圖 導(dǎo)帶上的電子和價帶的空穴在外加電場的作用下，經(jīng)半導(dǎo)體和外部電路形成電流，直至無光照。 ?其 工作原理是基于 光電導(dǎo)效應(yīng) ，其阻值隨光照增強而減小。 內(nèi)光電效應(yīng) 過程： 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時 ， 價帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊 ， 并使其由價帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶 ， 如圖 ， 使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價帶內(nèi)的空穴濃度增加 ， 從而使電導(dǎo)率變大 。根據(jù)能量守恒定理： E=hν h—普朗克常數(shù)， 1034J 一 、 光電效應(yīng) ?是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的 能量 ， 從而產(chǎn)生的電效應(yīng) 。 位移； 適用于微位移、機械、振動的測量。 I0 —— 溫度為 T0時， r0上通過的電流 。 5．溫度誤差及其補償 霍爾元件與一般半導(dǎo)體器件一樣，對溫度變化十分敏感。一般情況下，采用補償網(wǎng)絡(luò)來進行補償。 2． 不等位電勢 U0及其補償 不等位電勢是產(chǎn)生零位誤差的主要因素。 三、材料及結(jié)構(gòu)特點 在電路中，霍爾元件常用下圖所示的符號 表示： 霍爾元件的命名法： 霍爾元件的基本測量電路如下圖所示： 控制電流由電源 E供電， R為調(diào)整電阻，以保證元件中得到所需要的控制電流。 ▲元件的厚度 d越小，靈敏度越高，因而制作霍爾元件時可采取減小 d的方法來增加靈敏度，但是不能認為 d越小越好，因為這樣會導(dǎo)致元件的輸入和輸出電阻增加。 + I + + + + + － － － － － － Ｂ L b d 霍爾效應(yīng)原理圖 UH fL v fE 設(shè)霍爾片的長度為 L， 寬度為 b， 厚度為 d。 81 霍爾磁敏傳感器 ?霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，已發(fā)展成一個品種多樣的磁傳感器產(chǎn)品族，并已得到廣泛的應(yīng)用。 167。在兩端截面之間建立的電場稱為霍爾電場 EH， 相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢 UH。 IBKdIBRU HHH ???? ▲ 對于金屬而言， ，由于金屬電子濃度很高，所以它的霍爾系數(shù)或靈敏度都很小，因此不適合制作霍爾元件。 霍爾片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。因此為了提高元件的靈敏度，可適當(dāng)增大 L／ b值，但是實際設(shè)計時取 L／ b＝ 2已經(jīng)足夠了，因為 L／ b過大反而使輸入功耗增加了，以致降低元件的效率。如果經(jīng)測試確知霍爾電極偏離等電位平面的方向，則可以采用機械修磨或用化學(xué)腐蝕的方法來減小不等位電勢，以達到補償?shù)哪康摹? 為了減小感應(yīng)電勢，除合理布線外，如下圖所示，還可以在磁路中安置另一輔助霍爾元件，如果兩個元件的特性相同，可以起到顯著的補償效果。 IH0—— 溫度為 T0時，霍爾元件的控制電流 。 ? 保持霍爾元件的控制電流保持不變，則輸出的霍爾電動勢為： k—— 位移傳感器的靈敏度 kxUH ?測量 177。 ? 光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一。 ? 光子是具有能量的粒子，每個光子的能量： ?根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，一個電子只能接受一個光子的能量，所以要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子的能量大于該物體的表面逸出功 A0，超過部分的能量表現(xiàn)為逸出電子的動能。 ?基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。 二、光敏電阻 ?光敏電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件， 常用的光敏電阻由硫化鎘（ CdS）等材料制成。 ?因此，可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 3金屬外殼 。 CdS光敏電阻的結(jié)構(gòu)和符號 光敏電阻的主要參數(shù) ?，暗電流 – 若將光敏電阻置于無光照的黑暗條件下，測得光敏電阻的阻值稱為暗電阻。 光敏電阻的主要參數(shù) 光敏電阻的基本特性 ? 光照特性： I—L – 用于描述光電流與光照強度之間的關(guān)系 ——非線性 ； – 故其不宜作線性測量元件，多用作光電式開關(guān)元