【正文】 承受的最高溫度。類型： 半導(dǎo)體溫度傳感器分為兩類：接觸型和非接觸型。接觸型又分為熱敏電阻與PN結(jié)型兩種。隨著溫度的變化，半導(dǎo)體感溫器件電阻會(huì)發(fā)生較大的變化，這種器件稱為熱敏電阻。常用的熱敏電阻為陶瓷熱敏電阻,分為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻、正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻和臨界溫度電阻(CTR)。熱敏電阻一般指NTC熱敏電阻。第一類用于測(cè)量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系。第二類為突變型，又稱臨界溫度型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降?！裾郎囟认禂?shù)熱敏電阻器結(jié)構(gòu)——用鈦酸鋇（BaTiO3）、鍶（Sr）、鋯（Zr）等材料制成的。屬直熱式熱敏電阻器。特性——電阻值與溫度變化成正比關(guān)系，即當(dāng)溫度升高時(shí)電阻值隨之增大。在常溫下，其電阻值較小，僅有幾歐姆～幾十歐姆；當(dāng)流經(jīng)它的電流超過(guò)額定值時(shí)，其電阻值能在幾秒鐘內(nèi)迅速增大至數(shù)百歐姆～數(shù)千歐姆以上。作用與應(yīng)用——廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)消磁電路、電冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)電路及過(guò)熱或過(guò)電流保護(hù)等電路中、還可用于電驅(qū)蚊器和卷發(fā)器、電熱墊、暖器等小家電中。●負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器結(jié)構(gòu)——用錳（Mn）、鈷（Co）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋁（Al）等金屬氧化物（具有半導(dǎo)體性質(zhì)）或碳化硅（SiC）等材料采用陶瓷工藝制成的。特性——電阻值與溫度變化成反比關(guān)系，即當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻值隨之減小。作用與應(yīng)用——廣泛應(yīng)用于電冰箱、空調(diào)器、微波爐、電烤箱、復(fù)印機(jī)等家電及辦公產(chǎn)品中，作溫度檢測(cè)、溫度補(bǔ)償、溫度控制、微波功率測(cè)量及穩(wěn)壓控制用。熱敏電阻測(cè)溫的基本電路：掌握P171,圖 熱敏電阻的基本聯(lián)接法，并能計(jì)算橋路的輸出電壓。2. PN結(jié)型熱敏器件PN結(jié)溫度傳感器是一種利用半導(dǎo)體二極管、三極管的特性與溫度的依賴關(guān)系制成的溫度傳感器。PN結(jié)作測(cè)溫器件的半導(dǎo)體傳感器具有靈敏度高、線性好、熱響應(yīng)快和體積小等特點(diǎn)，特別在溫度測(cè)量數(shù)字化、控溫應(yīng)用以及用計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)采集和處理等方面，具有其他溫度傳感器所不能相比的優(yōu)越性．因此PN結(jié)的測(cè)溫器件正逐步成為現(xiàn)代溫度測(cè)量數(shù)字化的新型測(cè)溫元件。3. 集成（IC）溫度傳感器設(shè)計(jì)原理：對(duì)于集電極電流比一定的兩個(gè)晶體管，其之差與溫度有關(guān)。4. 半導(dǎo)體光纖溫度傳感器（了解）非接觸型半導(dǎo)體溫度傳感器原理：非接觸型溫度傳感器可檢出被測(cè)物體發(fā)射電磁波的能量。傳感器可以是將放射能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體物質(zhì)，也可以先將放射能轉(zhuǎn)換為熱能，使溫度升高，然后將溫度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)而檢出。這可用來(lái)測(cè)量一點(diǎn)的溫度，如測(cè)溫度分布，則需進(jìn)行掃描。半導(dǎo)體濕度傳感器當(dāng)半導(dǎo)體表面或界面吸附氣體分子或水分子時(shí)，半導(dǎo)體表面或界面的能帶發(fā)生變化。利用這種半導(dǎo)體電阻的變化可檢測(cè)氣體或濕度。半導(dǎo)體濕度傳感器具有體積小、 重量輕的特點(diǎn),實(shí)用的有ZnOCr2O3系、TiO2V2O5系陶瓷濕度傳感器。ZnOCr2O3系陶瓷濕度傳感器用于室內(nèi)空調(diào)，可精密控制濕度，與微機(jī)結(jié)合能自動(dòng)去濕,節(jié)省電能。TiO2V2O5系陶瓷濕度傳感器耐熱性好,可測(cè)量60℃以上的環(huán)境濕度,還可用于醫(yī)藥、合成纖維工廠中存在有機(jī)物蒸氣時(shí)的濕度測(cè)量。濕度的定義濕度：也稱絕對(duì)濕度，是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，一般其單位是克/立方米。絕對(duì)濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度。相對(duì)濕度：相對(duì)濕度是絕對(duì)濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。露點(diǎn)溫度：在一定的空氣壓力下，逐漸降低空氣的溫度，當(dāng)空氣中所含水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，開(kāi)始凝結(jié)形成水滴時(shí)的溫度叫做該空氣在空氣壓力下的露點(diǎn)溫度。半導(dǎo)體氣體傳感器氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化，如：氧氣等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，被稱為氧化型氣體——電子接收性氣體； 氫、碳氧化合物、醇類等具有正離子吸附傾向的氣體，被稱為還原型氣體——電子供給性氣體。 當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，電阻率上升；當(dāng)氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻率下降；當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻率下降；當(dāng)還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，電阻率上升；N型半導(dǎo)體與氣體接觸時(shí)的氧化還原反映按半導(dǎo)體的物理特性，氣敏傳感器可分為電阻型和非電阻型。電阻型氣敏傳感器是目前使用較廣泛的一種氣敏元件。結(jié)構(gòu)：敏感元件、加熱器、外殼； 按制造工藝分為：燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。 氣敏電阻的材料是金屬氧化物，合成時(shí)加敏感材料和催化劑燒結(jié)，金屬氧化物有：N型半導(dǎo)體，如：SnO2， Fe2O3， ZnO，TiOP型半導(dǎo)體，如：CoO2，PbO，MnO2，CrO3這些金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后顯示氣敏特性。通常器件工作在空氣中，由于氧化的作用，空氣中的氧被半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體）材料的電子吸附負(fù)電荷，結(jié)果半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)電子減少，電阻增加，使器件處于高阻狀態(tài)；當(dāng)氣敏元件與被測(cè)氣體接觸時(shí)，會(huì)與吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，將束縛的電子釋放出來(lái)，敏感膜表面電導(dǎo)增加，使元件電阻減小?？諝庵小趸饔谩醣浑娮游健娮訙p少——高阻狀態(tài)；氣體接觸——吸附——氧發(fā)生反應(yīng)——電子釋放——電導(dǎo)增加——電阻減小。氣敏元件的加熱作用：電阻型氣敏元件通常工作在高溫狀態(tài)（2000C—4500C），目的是為了加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度；另外使附著在殼面上的油霧、塵埃燒掉。在常溫下，電導(dǎo)率變化不大，達(dá)不到檢測(cè)目的，因此以上結(jié)構(gòu)的氣敏元件都有電阻絲加熱器。加熱時(shí)間2—3 分鐘，加熱電源一般為5V。加熱方式分為內(nèi)熱式和旁熱式。氣敏傳感器測(cè)量電路非電阻型氣敏傳感器，是利用MOS二極管的電容—電壓特性變化；MOS場(chǎng)效應(yīng)管的閾值電壓的變化；肖特基金屬半導(dǎo)體二極管的勢(shì)壘變化進(jìn)行氣體檢測(cè)。MOS二極管氣敏元件 在P型硅上集成一層二氧化硅（SiO2）層。在氧化層蒸發(fā)一層鈀（Pd）金屬膜作電極。氧化層（SiO2）電容Ca固定不變。而硅片與SiO2層電容Cs是外加電層的功函數(shù)?？傠娙軨也是偏壓的函數(shù)。曲線C—U特性中，MOS二極管的等效電容C隨電壓U變化。金屬鈀（Pd）對(duì)氫氣（H2）特別敏感。當(dāng)Pd吸附以后，使Pd的功函數(shù)下降，使MOS管C—U特性向左平移（向負(fù)方向偏移），利用這一特性用于測(cè)定的濃度。MOS二極管氣敏元件結(jié)構(gòu)和等效電路MOSFET氣敏元件 鈀Pd—MOSFET管結(jié)構(gòu)如圖所示。Pd對(duì)H2吸附性很強(qiáng)，H2吸附在Pd柵上引起的Pd功函數(shù)降低。MOSFET管當(dāng)柵極（G）、源極（S）間加正向偏壓UGS，UGSUT閥值時(shí)，柵極氧化層下的硅從P變?yōu)镹型， N型區(qū)將S（源）和D（漏）連接起來(lái)，形成導(dǎo)電通道（N型溝道）。此時(shí)MOSFET進(jìn)入工作狀態(tài)，在S—D間加電壓UDS，S—D間有電流IDS流過(guò)， IDS隨UDS、UGS變化。當(dāng)UGSUT時(shí)，溝道沒(méi)形成，無(wú)漏源電流IDS=0。UT（閥值）電壓大小與金屬與半導(dǎo)體間的功函數(shù)有關(guān)。Pd—MOSFET器件就是利用H2在鈀柵極吸附后改變功函數(shù)使UT下降，檢測(cè)H2濃度。鈀Pd—MOSFET管結(jié)構(gòu) 肖特基二極管肖特基二極管 金屬和半導(dǎo)體接觸的界面形成肖特基勢(shì)壘，構(gòu)成金屬半導(dǎo)體二極管。管子加正偏壓，半導(dǎo)體金屬的電子流增加，加負(fù)偏壓，幾乎無(wú) 電流。當(dāng)金屬與半導(dǎo)體界面有氣體時(shí)，勢(shì)壘降低，電流變化（金屬與半導(dǎo)體界面吸附氣體，影響禁帶寬度Eg）。在正向偏壓條件下，氣體濃度增大，電流增大，輸出電壓增大。測(cè)試電流電壓值可知?dú)怏w濃度。非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器主要用于氫氣濃度測(cè)量。半導(dǎo)體磁敏傳感器主要知識(shí)點(diǎn)：霍爾傳感器、磁敏電阻器、磁敏晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理；各類磁敏傳感器的測(cè)量和轉(zhuǎn)換電路及其典型應(yīng)用。重點(diǎn)：霍爾傳感器、磁敏電阻器、磁敏晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理。難點(diǎn)：霍爾傳感器的應(yīng)用?；魻栃?yīng)一塊半導(dǎo)體薄片，如果在其相對(duì)的兩邊通入電流I，且電流與磁場(chǎng)垂直，則在半導(dǎo)體的另兩邊將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差UH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電壓。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件?；魻杺鞲衅骰魻杺鞲衅髦械幕魻栐际怯砂雽?dǎo)體材料制成的。在半導(dǎo)體材料中，由于電子的遷移率比空穴的大，所以霍爾元件一般采用型半導(dǎo)體材料。定義霍爾系數(shù)為：式中，為電子濃度， 為電子所帶的電荷。定義霍爾靈敏度為：式中， 為薄片厚度?；魻栯妷憾x為： 磁敏電阻器磁阻效應(yīng)若給通以電流的金屬或半導(dǎo)體材料的薄片加以與電流垂直或平行的外磁場(chǎng)，則其電阻值就增加。這種現(xiàn)象稱為磁致電阻變化效應(yīng)，簡(jiǎn)稱為磁阻效應(yīng)。磁阻效應(yīng)是伴隨著霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生的，磁敏電阻器就是利用磁阻效應(yīng)制成的一種磁敏器件。主要特性1. 靈敏度特性磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度的影響較大。一般半導(dǎo)體磁阻元件在弱磁場(chǎng)中呈現(xiàn)平方特性，而在強(qiáng)磁場(chǎng)中呈現(xiàn)線性變化。2. 電阻 — 溫度特性元件的電阻值在不大的溫度變化范圍內(nèi)減小的很快。因此，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。第九章 電位器式傳感器第九章 電位器式傳感器216。 教學(xué)要求1．掌握電位器的特性與分類。2．掌握電位器的特性。3．了解電位器的結(jié)構(gòu)。216。 教學(xué)內(nèi)容電位器是人們常用到的一種電子元件，它作為傳感器可以將機(jī)械位移或其他能轉(zhuǎn)換為位移的非電量轉(zhuǎn)換為其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起輸出電壓的變化。所以它是一個(gè)機(jī)電傳感元件。線繞電位器的電阻體由電阻絲纏繞在絕緣物上構(gòu)成，電阻絲的種類很多，電阻絲的材料是根據(jù)電位器的結(jié)構(gòu)、容納電阻絲的空間、電阻值和溫度系數(shù)來(lái)選擇的。電阻絲越細(xì)，在給定空間內(nèi)獲得較大的電阻值和分辨率。但電阻絲太細(xì)，在使用過(guò)程中容易斷開(kāi)，影響傳感器的壽命。[1] 合成膜電位器合成膜電位器的電阻體是用具有某一電阻值的懸浮液噴涂在絕緣骨架上形成電阻膜而成的，這種電位器的優(yōu)點(diǎn)是分辨率較高、阻范圍很寬（100— ），耐磨性較好、工藝簡(jiǎn)單、成本低、輸入—輸出信號(hào)的線性度較好等，其主要缺點(diǎn)是接觸電阻大、功率不夠大、容易吸潮、噪聲較大等。[2] 金屬膜電位器金屬膜電位器由合金、金屬或金屬氧化物等材料通過(guò)真空濺射或電鍍方法，沉積在瓷基體上一層薄膜制成。金屬膜電位器具有無(wú)限的分辨率，接觸電阻很小，耐熱性好，它的滿負(fù)荷溫度可達(dá)70℃。與線繞電位器相比，它的分布電容和分布電感很小，所以特別適 合在高頻條件下使用。它的噪聲信號(hào)僅高于線繞電位器。金屬膜電位器的缺點(diǎn)是耐磨性較差，阻值范圍窄，一般在10—100kΩ之間。由于這些缺點(diǎn)限制了它的 使用。[3] 導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器又稱為有機(jī)實(shí)心電位器，這種電位器的電阻體是由塑料粉及導(dǎo)電材料的粉料經(jīng)塑壓而成。導(dǎo)電塑料電位器的耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，允許電 刷接觸壓力很大，因此它在振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率教高，線性度較好，阻值范圍大，能承受較大的功率。導(dǎo)電塑料電位器的 缺點(diǎn)是阻值易受溫度和濕度的影響，故精度不易做得很高。[4] 導(dǎo)電玻璃釉電位器導(dǎo)電玻璃釉電位器又稱為金屬陶瓷電位器，它是以合金、金屬化合物或難溶化合物等為導(dǎo)電材料，以玻璃釉為粘合劑，經(jīng)混合燒結(jié)在玻璃基體上制成的。導(dǎo) 電玻璃釉電位器的耐高溫性好，耐磨性好，有較寬的阻值范圍，電阻溫度系數(shù)小且抗?jié)裥詮?qiáng)。導(dǎo)電玻璃釉電位器的缺點(diǎn)是接觸電阻變化大，噪聲大，不易保證測(cè)量的高精度。標(biāo)稱阻值：電位器的標(biāo)稱阻值采用E6,E12系列，允差對(duì)于非線繞電位器有20% 10% 5% 對(duì)線繞電位器有10% 5% 2% 1%. 符合度：電位器實(shí)際輸出函數(shù)特性與所要求理論函數(shù)特性的符合程度。 線性度：當(dāng)電位器的理論函數(shù)為直線時(shí)，這時(shí)的符合度即為線性度。 分辨力：由于動(dòng)接點(diǎn)的接觸具有跳動(dòng)特性，所以其輸出電壓是階梯性的，為評(píng)定電位器階梯性引起的誤差，引用了分辨力的概念，他決定了電位器的理論精度。對(duì)于函數(shù)電位器，這時(shí)則是指函數(shù)特性斜率最大的一段。 動(dòng)噪聲：動(dòng)接點(diǎn)在電阻表面移動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，對(duì)繞線電位器，還有分辨力噪聲和短接噪聲。