【正文】 ?介質的水分和電阻的關系 在低水分區(qū)為指數特性 ，其電阻值隨介質水分的增大而呈指數下降。 Fe3O4半導瓷的正濕敏特性 0 20 40 60 80 1 0 0相 對 濕 度 / % R H801 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 0電阻 / ?3. 典型半導瓷濕敏元件 （ 1） MgCr2O4TiO2濕敏元件 MgCr2O4TiO2陶瓷 陶 瓷 基 片固 定 端 子金 屬 電 極加 熱 線 圈濕 敏 陶 瓷 片引線?生產過程 ：按適當比例配料 —加水研磨 —干燥 —模壓成型 —放入燒結爐內高溫燒結 2小時 —切割成4 5 。 當水分子附著半導瓷的表面使電勢變負時 ， 導致其表面層電子濃度下降 ， 但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現反型程度 ， 此時仍以電子導電為主 。 因此 ， 由于水分子的吸附 ， 使 N型半導瓷材料的表面電阻下降 。 1. 負特性濕敏半導瓷的導電機理 由于水分子中的氫原子具有很強的正電場 ， 當水在半導瓷表面吸附時 ， 就有可能從半導瓷表面俘獲電子 ， 使半導瓷表面帶負電 。 干濕球濕度表 一 、 氯化鋰濕敏電阻 氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解 ， 離子導電率發(fā)生變化而制成的測濕元件 。與此同時，濕球又從流經濕球的空氣中不斷取得熱量補給。 ? 用酒精等物將毛發(fā)洗凈除油脂，以毛發(fā)十根為一束裝置在容器中，利用杠桿原理，擴大它的伸縮藉指針直接在刻度板上指出濕度。微型化 、 集成化及廉價是濕敏器件的發(fā)展方向 。大多數濕度傳感器都是脫濕響應時間大于吸濕響應時間，一般以脫濕響應時間作為濕度傳感器的響應時間。一般是以相應的起始和終止這一相對濕度變化區(qū)間的 63％作為相對濕度變化所需要的時間，也稱時間常數，它是反映濕度傳感器相對濕度發(fā)生變化時，其反應速度的快慢。 或環(huán)境溫度每變化 1℃ 時 ， 所引起的濕度傳感器的濕度誤差 。 在環(huán)境溫度保持恒定時 ， 濕度傳感器特征量的相對變化量與對應的溫度變化量之比 ， 稱為 特征量溫度系數 。 各種不同的濕度傳感器，對靈敏度的要求各不相同，對于低濕型或高濕型的濕度傳感器，它們的量程較窄，要求靈敏度要很高。有的阻值隨著濕度的增加而減小，這種為 負特性濕敏電阻器 ，如 TiO2－ SnO2陶瓷濕敏電阻器。 全濕度范圍用相對濕度 (0～ 100)％ RH表示 ， 它是濕度傳感器工作性能的一項重要指標 。 – 結露 ：大氣中的未飽和水汽接觸到溫度較低的物體時，就會使大氣中的未飽和水汽達到或接近飽和狀態(tài)，在這些物體上凝結成水滴，這種現象稱為結露。 在體積為 V的混合氣體中，若含水蒸氣的體積為 v，則體積百分比為 – 把大氣的絕對濕度跟當時氣溫下的飽和水汽壓的百分比稱為 大氣的相對濕度 。 85 濕 敏 傳 感 器 m／ M 100％ – 大氣的干濕程度，通常是用大氣中水汽的密度來表示的。 ? – 可燃氣泄漏報警，換氣扇，抽油煙機的自動控制。 ? – 節(jié)省能源，防止環(huán)境污染，保持良好的車內環(huán)境； – 控制燃空比，需用氧傳感器（ ZrO2傳感器）； – 控制污染，檢測排放氣體，需用 CO,NO,HCL,O2等傳感器； – 內部空調，需用 CO、煙、濕度傳感器。 圖中表明 :它對異丁烷和丙烷很靈敏 ,適合探測液化石油氣 。 這就是 γFe2O3氣敏器件的工作原理 。 也就是說 ,由 γ Fe2O3被還原成 Fe3O4時形成 Fe+2離子 。 Ｃ下 ,在半導體表面吸附可燃性氣體時 ,由于這類器件的工作溫度比較高 ,被吸附氣體燃燒使器件的溫度進一步升高 ,因此 ,半導體的體電阻發(fā)生變化 。 直熱式氣敏器件的結構及符號如圖所示 。(c)厚膜型 。 （ 1） ． 表面電阻控制型氣敏器件 用金屬氧化物半導體 SnO ZnO等材料制作的表面電阻控制型氣體傳感器 ,為了加快氣體分子在表面上的吸附作用 ,將器件加熱到 150176。 半導體氣敏傳感器的種類及工作機理 半導體氣敏器件的分類 ? 半導體電阻型氣敏器件 適宜制作半導體氣敏傳感器的材料主要是氧化物 。 下表給出了半導體氣敏器件的分類 。由開始通電直到氣敏元件阻值到達穩(wěn)定所需時間 ,稱為初期穩(wěn)定時間。 （ 6）氣敏元件的恢復時間 表示在工作溫度下 ,被測氣體由該元件上解吸的速度 ,一般從氣敏元件脫離被測氣體時開始計時 ,直到其阻值恢復到在潔凈空氣中阻值的 63％時所需時間。 為氣敏元件提供必要工作溫度的加熱電路的電阻 (指加熱器的電阻值 )稱為加熱電阻 ， 用 RH表示 。 （ c） 輸出電壓比靈敏度 KV Va:氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的電壓輸出； Vg:氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負載電阻的電壓輸出 gaVVVK ?21CCRR??Ra—氣敏元件在潔凈空氣中的電阻值； Rg—氣敏元件在規(guī)定濃度的被測氣體中的電阻值 gaRRK ?（ 4）氣敏元件的響應時間 表示在工作溫度下 ， 氣敏元件對被測氣體的響應速度 。 （ 2）氣敏元件的靈敏度 是表征氣敏元件對于被測氣體的敏感程度的指標。 一般其固有電阻值在 (103～ 105)Ω范圍 。 A F2 F1 M R1 R2 C B D W2 W1 E0 ?半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體表面接觸時 , 產生的電導率等物理性質變化來檢測氣體的 . ?按照半導體與氣體相互作用時產生的變化只限于半導體表面或深入到半導體內部 ,可分為 表面控制型 和 體控制 型。 觸媒 Al2O3載體 Pt絲 元件 ()mm (b)敏感元件外形圖 接觸燃燒式氣敏元件結構示意圖 (a)元件的內部示意圖 接觸燃燒式氣敏元件的結構 接觸燃燒式氣體敏感元件的 橋式電路 如圖 。因此 ， 只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(Δ R)， 就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度 。 ?應用： 用半導體氣敏元件組成的氣敏傳感器主要用于工業(yè)上的天然氣、煤氣，石油化工等部門的易燃、易爆、有毒等有害氣體的 監(jiān)測 、 預報 和 自動控制 。 84 氣敏傳感器 ?氣敏傳感器是用來 感知 、 檢測 氣體 類別 ,濃度 和 成分 的傳感器 。 220V C1 路燈 CJD10 8V 200μ F 200μ F C2 C3 100μ F R1 R3 R5 R7 R4 R6 R7 R2 J 470kΩ 200kΩ 10kΩ BG1 280kΩ 25kΩ 57kΩ 10kΩ BG2 BG3 BG4 2CR 如圖所示，在白天，硅光電池輸出電壓使 BG1導通， BG2截止，繼電器不吸合；天黑時，硅光電池輸出電壓漸小，使得 BG1截止， BG2導通，繼電器吸合，照明燈亮。 當光電池受光照射時 ， 使單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)翻轉 ，改變其工作狀態(tài)或觸發(fā)器件 (如可控硅 )導通 。 光電池在檢測和控制方面應用中的幾種基本電路 V0 BG2 BG1 +12V C J R1 R2 (b) 光電開關 圖 (b)所示電路為光電開關 ， 多用于自動控制系統(tǒng)中 。 由于光電池工作時不需要外加電壓；光電轉換效率高 ， 光譜范圍寬 ， 頻率特性好 ， 噪聲低等 ， 它已廣泛地用于光電讀出 、光電耦合 、 光柵測距 、 激光準直 、 電影還音 、紫外光監(jiān)視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等 。 這一類光電池需要特殊的制造工藝 ， 主要用于光電檢測和自動控制系統(tǒng)中 。 這是全世界范圍內人們所追求 、 探索新能源的一個重要研究課題 。 圖 (a)是在待測轉速軸上固定一帶孔的轉速調置盤，在調置盤一邊由白熾燈產生恒定光，透過盤上小孔到達光敏二極管組成的光電轉換器上，轉換成相應的電脈沖信號，經過放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，轉速由該脈沖頻率決定。為了消除工業(yè)煙塵污染 ， 首先要知道煙塵排放量 ，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測 、 自動顯示和超標報警 。 + + + 光電池的表示符號 、 基本電路如圖所示 。從而使 N區(qū)帶負電， P區(qū)帶正電，形成光生電動勢。 光電池的結構和工作原理 ?硅光電池的工作原理基于光生伏特效應，它是在一塊 N型硅片上用擴散的方法摻人一些 P型雜質而形成的一個大面積 PN結。 最適宜制造照度計。如，硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。 ?它有較大面積的 PN結 ， 當光照射在 PN結上時 ， 在結 的兩端出現電動勢 。 而且體積小 、重量輕 、 性能穩(wěn)定 、 價格便宜 ， 因此應用比較廣泛 。 ? 頻率特性：曲線 2分別代表硫化鎘和硫化鉛的光敏電阻的頻率特性。 ? 頻率特性： I—f（ Hz） – 由于時間常數的存在，光敏電阻的阻值要經過一定的時間才能達到相應的數值。 光敏電阻的主要參數 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系 ——非線性 ； – 故其不宜作線性測量元件，多用作光電式開關元件。 – 亮電流與暗電流之差稱光敏電阻的光電流 。 CdS光敏電阻的結構和符號 光敏電阻的主要參數 ?，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。 7電阻引線 。 3金屬外殼 。 光導體吸收光子而產生的光電效應 ， 只限于光照的表面薄層 ， 雖然產生的載流子也有少數擴散到內部去 ， 但擴散深度有 A 金屬封裝的硫化鎘光敏電阻結構圖 光導電材料 絕緣襯低 引線 電極 引線 光電導體 限 ， 因此 光電導體一般都做成薄層 。 ?因此，可將光信號轉換為電信號。 光敏電阻的工作原理和結構 ?光敏電阻的工作原理是基于光電導效應 : ?在無光照時 ,光敏電阻具有很高的阻值 。 二、光敏電阻 ?光敏電阻又稱光導管，為純電阻元件， 常用的光敏電阻由硫化鎘（ CdS）等材料制成。 ??? ??? hch為了實現能級的躍遷，入射光的能量必須大于光電導材料的禁帶寬度 Eg，即 （ 2） 光生伏特效應 在光線作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現象叫做光生伏特效應 。 ?基于這種效應的光電器件有光敏電阻。 ?在 hν 大于 A0（入射光頻率超過紅限頻率）的情況下， 光強越大 ，逸出的電子數目也越多，電路中 光電流也越大 。 ? 光子是具有能量的粒子，每個光子的能量： ?根據愛因斯坦假設，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為逸出電子的動能。 外光電效應 ?在光線的作用下 ， 物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現象 稱為外光電效應 。 ? 光傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一。 霍爾式壓力傳感器 167。 ? 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。