【導讀】不知道怎么回事排版亂了。究內(nèi)容的一門應用技術(shù)。內(nèi)容涉及傳感器技術(shù)、誤差理論、測試計量技術(shù)、抗干擾技術(shù)以及電量間的相互轉(zhuǎn)換技術(shù)。如何提高檢測與控制系統(tǒng)的檢測分辨率、精度、穩(wěn)定性和可靠性是本門技術(shù)的研究方向。一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路三部分組成。測量系統(tǒng)的基本特征是測量系統(tǒng)輸出與輸入的關(guān)系，并有靜態(tài)和動態(tài)特征之分。此種檢測裝置的性能參數(shù)通常稱為靜態(tài)特性。通常包括測量的上限和下限。出特性曲線表現(xiàn)出的不一致程度。動態(tài)特性用于反映系統(tǒng)對隨時間變化的輸入量的響應特性。使傳感器靈敏度增大。對材料、元器件或傳感器整體進行必要的穩(wěn)定性處理。檢測系統(tǒng)由傳感器、測量電路和顯示記錄處理裝置等部分組成。差稱為系統(tǒng)誤差。稱為系統(tǒng)隨機誤差。隨機誤差表明了系統(tǒng)的分散性，常用精密度來表明隨機誤差的大小。稱電阻應變效應。

　　

【正文】 t3tAB`A` B` A` B`圖7 1 1 測量幾點溫度之和的測溫線路tE儀表兩端熱電動勢為三個熱電偶各自熱電動勢之和?？芍苯佑蓛x表讀出平均值。熱電偶燒壞時可以立即知道，同時可獲得較大電動勢 321 EEEE t ??? 3 緩慢型 4 突變型 負溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC） 正溫度系數(shù)熱敏電阻（ PTC） 臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（ CTR） 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 34 頁 ? 應用 第八章 氣敏傳感器 氣敏傳感器可分為半導體氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器、濃差電池型氣敏傳感器和組合電位型氣敏傳感器等多種類型。最常見的是半導體氣敏傳感器。以下說的都是 半導體氣敏傳感器 。 優(yōu)點：靈敏度高，響應、恢復時間短，使用壽命長，成本低。 ? 氣敏傳感器的要求 對被測氣體有較高靈敏度； 選擇性要強； 能夠長時期穩(wěn)定工作 ； 檢測或報警要快，即響應速度要快。 ? 制成效應（測量原理） 半導體材料具有與氣體相接觸時 電阻 和 功函數(shù) 會發(fā)生變化的效應。 氣敏傳感器是一種能夠檢測環(huán)境中某一特定氣體的 存在及其濃度的 器件，它可以將以上感知到的有關(guān)信息轉(zhuǎn)換成適用的 電信號輸出 ，根據(jù)這些電信號的 強弱 就能夠獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況的信息。 ? 結(jié)構(gòu) 按照半導體與氣體相互作用部分劃分可分為表面控制型和體控制型 按照半導體變化的物理性質(zhì)，可分為電阻式和非電阻式 表面控制型傳感器 （ SnO2）類元件 ? 特性 SnO2 半導體氣敏元件的特點 氣敏元 件阻值隨檢測氣體濃度具 有指數(shù) （靈敏度高）變化關(guān)系。 穩(wěn)定性好、壽命長、耐腐 蝕。 SnO2 氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且 吸附，脫附時間短， 可長時間連續(xù)使用。 元件 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性較 高，機械性能良好。 元件電阻率變化大信號處理可 不用高倍放大電路就 可實現(xiàn)。 （ ZnO）類元件 溫度控制 在空調(diào)與干燥器， 取暖器、箱體溫度檢測等都需要用到熱敏電阻 繼電保護 溫度上、下限報警 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 35 頁 ZnO 對還原性氣體有較高的靈敏度，工作溫度比 SnO2 高 100 度，應用不如氧化錫普遍。 ? 述說下圖阻值前后變化 在添加增感劑（如 Pd）的情況下，起催化作用，提高靈敏度。 體控制型傳感器 由于半導體體內(nèi) 晶格發(fā)生變化而引起電阻發(fā)生變化的氣敏傳感器。 ——————————————————————————————————————— 電阻式半導體氣敏傳感器 ：利用半導體與氣體接觸時自身電阻值發(fā)生變化的效應制成。 氣敏元件有三種結(jié)構(gòu)類型★ （目前工藝最成熟，應用最廣泛，主要用于檢測可燃的還原性氣體 ) 內(nèi)熱式 旁熱式 SnO2 和 ZnO都屬于 N 型半導體。工作原理為：工作時均需要加熱 氧化型 氣體吸附到 N 型半導體上，將 使載流子減少 ，從而使半導體 電阻率增大； 還原性氣體吸附到 N 型半導體上，將使載流子增多，從而使半導體電阻率下降。 由此可以通過元件電阻值的變化得知吸附氣體的種類和濃度。 內(nèi)熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)及符號 1 2 3 4 SnO2 燒結(jié)體 加熱極兼電極 (a)結(jié)構(gòu) 4 3 2 1 (b)符號 由芯片 (敏感體和加熱器 )，基座和金屬防爆網(wǎng)罩三部分組成。（加熱絲直接埋在金屬氧化物半導體材料內(nèi)，兼做一個測量電極）優(yōu)點是制造工藝簡單、成本低、功耗小。 缺點是其熱容量小、 穩(wěn)定性差，測量電路與加熱電路間易相互干擾，加熱器與 SnO2 基體間由于熱膨脹系數(shù)的差異而導致接觸不良，造成元件的失效，現(xiàn)已很少使用。 電極 加熱器 瓷 絕 緣管 旁熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)及符號 SnO2 燒結(jié)體 1 2 3 4 5 6 （ a）結(jié)構(gòu) （ b）符號 陶瓷管內(nèi)的放高阻 加熱絲。測量電極和加熱絲分開，加熱絲與氣敏元件不發(fā)生接觸，避免了電路之間的相互影響；元件熱容量大，降低環(huán)境氣氛對元件影響，同時保持了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 36 頁 這三種結(jié)構(gòu)都附有 加熱器， 目的是為了燒去附在元件表面上的 油霧和塵埃 ，以加速氣體的 吸附 ，從而提高氣敏元件的 靈敏度和響應速度 。 非電阻式 半導體氣敏傳感器 FET 型氣敏傳感器： MOSFET 場效應晶體管通過柵極外加電場來控制漏極電流。 FET 型氣敏傳感器利用環(huán)境氣體對場效應晶體管的這種控制作用的影響制成的。 二極管氣敏傳感器 ? 基本特性 初期恢復特性： 氣敏元件在短期不通電狀態(tài)下存放后，在通電后，其阻值先有一個急劇變化在趨于穩(wěn)定。 初期穩(wěn)定特性： 氣敏元件長期不通電存放，阻值增大。通電后一段時間后阻值才恢復到初始電阻值并穩(wěn)定下來。一般將通電開始到元件阻值達到穩(wěn)定的時間，稱為初期穩(wěn)定時間。 靈敏度特性： 氣敏元件輸出電阻值與待測氣體濃度之間 的關(guān)系曲線為氣敏元件的濃度特性，對應于曲線上某點斜率大小代表氣敏元件的靈敏度。 選擇性： 反映元件對待測或共存氣體相對靈敏度的大小。 時效性和互換性： 時效性表征元件氣敏特性穩(wěn)定程度的時間?；Q性表征同一型號元件之間氣敏特性的一致性。 環(huán)境依賴性： 待測氣體溫度或濕度引起氣體濃度變化，環(huán)境溫度或濕度變化造成元件特性漂移。 ? 測量電路 ? 加熱開關(guān) ? 原理圖中找出 加熱回路 工作回路 ? 應用 加熱開關(guān) 原理圖中找出 加熱回路 工作回路 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 37 頁 第十章 霍爾傳感器 ? 制成效應：霍爾效應 將 一載流導體放在磁場中，若磁場方向與電流方向 正交 ，則與磁場和 電流兩者垂直的方向上將會產(chǎn)生 橫向電動勢， 這一現(xiàn)象稱為霍爾效應，相應的電動勢稱為霍爾電動勢。 ? 霍爾電動勢和靈敏度 由霍爾效應，在導體前后端建立電場，相應的電動勢稱為霍爾電動勢 UH 。IBKIBRIBU HHH ??? ddne1 （金屬 n 高，輸出 UH小。所以不用金屬用半導體做霍爾傳感器 ） 。 ne1?HR 稱為霍爾系數(shù)， dHH RK ? —— 稱為霍爾片靈敏度系數(shù) Ⅰ） UH~IB 成正比關(guān)系 . Ⅱ） KH~n (半導體的電子濃度 )、 e (電子當量 )、 d (霍爾元件的厚度 )成反比關(guān)系 .（為提高霍爾傳感器靈敏度 ,一般霍爾傳感器都做得很薄（ d 很?。? Ⅲ） UH 受 B 和 I 的方向控制。 優(yōu)缺點：霍爾傳感器轉(zhuǎn)換效率低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，堅固，頻響寬，動態(tài)范圍大，無觸點，使用壽命長，可靠性高，易微型化和集成化。 ? 霍爾元件材料 N 型的鍺（ Ge)、磷化銦（ InAs）、 以前用的多的是銻化銦（ InSb）其特點如下 穩(wěn)定性好 霍爾電壓受溫度變化影響大 銻化銦：輸出大，但受溫度影響大； 鍺：輸出小，溫度性能和線性度很好； 砷化銦：介于兩者之間 常用 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 38 頁 頻率特性較差 目前使用的主要是砷化鎵（ GaAs）其特點如下 霍爾電壓溫度系數(shù)較小 線性好 靈敏度低 ? 型號及命名方法 ? 結(jié)構(gòu) ? 測量電路 （ 12年考了的） ? 特性 ? 描述 UHI UHB 曲線 Rp 用來調(diào)節(jié)激勵電流 I 的大小，實際使用中 I 或 B 或同時做輸入信號，輸出正比于 I 或 B，或兩者乘積。 兩邊加粗的是控制電流引出端 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 39 頁 ? 誤差分析 并畫出補償電路 幾何尺寸及電極焊點大小對霍爾元件性能影響 UH=RH/d *BI * fH（ l/b） S，它對靈敏度和線性度有較大影響。 不等位電勢 U0 霍爾元件在額定 控制電流作用下，不外加磁場時，霍爾輸出電壓電極間的電動勢稱作為不等位電動勢。 產(chǎn)生原因：由于霍爾元件的某種結(jié)構(gòu)原因造成 UM≠ 0，則電橋處于不平衡狀態(tài)，即四個分布電阻的阻值不等； 可采用幾種不等位電勢補償線路，如圖 914 示 . 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 40 頁 （ 12 年考了的） 圖 914 寄生直流電動勢： 在不加外磁場時，交流控制電流通過霍爾元件而在霍爾電極間產(chǎn)生的直流電動勢稱為寄生直流電動勢。 霍爾電壓對磁場的非線性 感應電勢及其補償 （ 12 年考了的） 感應電動勢： 交變磁場 工作， 不加控制電流 ，因霍爾電動勢 極 的引線布置不合理 ，輸出回路中也會附加感應電動勢，即霍爾元件的感應電動勢。大小正比于磁場變化頻率和磁感應強度幅值。 該圖通過合理布線來減少感應電動勢。 還可以在磁路 氣隙 中安裝另一 輔助霍爾元件。 如果兩個元件的特性相同，可以起到顯著補償作用。 產(chǎn)生原因： 1） 控制極及輸出極接觸不良，形成 非歐姆接觸 ，造成 整流 效 應。 2）兩輸出極大小不相等，兩 焊點熱容 不同， 散熱 狀態(tài)不同，產(chǎn)生 溫差電動勢 ，為寄生直流電動勢的一部分。 3） 控制電流極 引線布線不合理導 致引線回路 在霍爾器件處產(chǎn)生 附加磁場 。 減小方法： 1） 減小工作電流 2） 改善歐姆接觸性能和散熱條件 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 41 頁 溫度誤差及其補償電路 霍爾元件由 半導體 組成，對溫度變化 很敏感。 霍爾元件的 內(nèi)阻，霍爾電動勢也 將隨溫度變化。 補償方法 選用 溫度系數(shù)小的霍爾元件材料或 采取恒溫措施 采用 恒流源供電， 減小內(nèi)阻隨溫度變化引起的控制電流變化 ? 應用 線性位移傳感器 了解 P160 特點 應用范圍 ？磁場傳感器有哪些？ 在傳感器中，有一類是對磁敏感的，稱為磁敏傳感器。包括霍爾傳 感器，磁敏電阻，磁敏二極管和磁敏晶體管。 霍爾傳感器的工作原理是什么？什么是霍爾效應？ 霍爾傳感器在測量時需要考慮哪些誤差因素項？ 溫度補償電路： ，并聯(lián)溫度補償電阻 Ro 若溫度變化時霍爾電動勢不變，則有??oR ro? α 為霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù) ro 為溫度為 To 時霍爾元件的輸入電阻 ? 為霍爾元件靈敏度的溫度系數(shù) 可使溫度變化時霍爾電動勢不變 采用熱敏元件的溫度 保持霍爾元件的控制電流恒定，使之在均勻變化的梯度磁場中沿 x 方向移動。 x 與 B 的關(guān)系如圖。 kdxddxd ?? BIKU HH 積分得 UH=kx，所以霍爾電動勢與位移 成正比 ?；魻栯妱觿輼O性反映了 元件位移的方向。 檢測技術(shù)期末復習 12 電氣 Zior 第 42 頁 為什么霍爾傳感器一般采用 N 型半導體材料制作？ 霍爾靈敏度和霍爾元件厚度之間有什么關(guān)系？ 霍爾傳感器可以用于哪些物理量的測量？ 集成霍爾傳感器有什么特點？ 磁敏電阻的工作原理是什么？什么是磁阻效應？ 將一載流導體置于磁場中，其阻值會隨磁場變化，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應。 磁敏二極管和磁敏晶體管的特點與應用有哪些？ 第十二章 光纖傳感器 （ 12 屆光電沒考） ? 優(yōu)點： 抗電磁干