物聯(lián)網(wǎng)信息采集與處理

物聯(lián)網(wǎng)信息采集與處理第1頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/122一、教學(xué)目標(biāo)（1）了解電阻式傳感器的定義和結(jié)構(gòu)。（2）掌握電阻式傳感器的工作原理。（3）掌握電阻式傳感器的應(yīng)用。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、重點(diǎn)：電阻式傳感器的工作原理。2、難點(diǎn)：電阻式傳感器的應(yīng)用。三、教學(xué)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)2第2頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.1傳感器傳感器的組成：傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會(huì)安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片上。第3頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一44

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)信息采集的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要什么樣的傳感器，系統(tǒng)對傳感器的技術(shù)要求；其次是挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高的傳感器。傳感器的分類如下：

2.1.2傳感器的分類4第4頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一55化學(xué)傳感器：應(yīng)用化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象將被測信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

特點(diǎn)：可靠性、規(guī)模生產(chǎn)的可能性、價(jià)格等因素的影響

1）按轉(zhuǎn)換原理分類：

物理傳感器和化學(xué)傳感器

物理傳感器：應(yīng)用壓電、熱電、光電、磁電等物理效應(yīng)將被測信號(hào)的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

特點(diǎn)：可靠性好、應(yīng)用廣泛5第5頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一電阻式傳感器是指將各種被測非電量（如力、位移、形變、速度和加速度等）的變化量，轉(zhuǎn)換成與其有一定關(guān)系的電阻值的變化，通過對電阻值的測量達(dá)到對非電量測量的目的。電阻式傳感器包括電阻應(yīng)變式傳感器、熱電阻式傳感器、氣敏電阻式傳感器和濕敏電阻式傳感器等幾種。6第6頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.1電阻應(yīng)變式傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測量轉(zhuǎn)換電路等組成。4/12/20237第7頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.1.1應(yīng)變片的工作原理

金屬絲受拉時(shí)，l變長、r變小，導(dǎo)致R變大。4/12/20238第8頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

為電阻絲長度的相對變化量，也可稱為電阻絲的軸向應(yīng)變，用表示，即

9第9頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.1.2電阻應(yīng)變片的類型結(jié)構(gòu)、黏貼與特性

應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。前者可分成金屬絲式、箔式、薄膜式三種。目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。金屬絲式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基之分。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價(jià)格便宜，多用于應(yīng)變、應(yīng)力的大批量、一次性試驗(yàn)。

金屬絲式

金屬箔式

金屬薄膜式金屬應(yīng)變片4/12/202310第10頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一1.電阻應(yīng)變片的類型結(jié)構(gòu)

（1）金屬絲式11第11頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一（2）金屬箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬箔柵，其橫向部分特別粗，可大大減小橫向效應(yīng)，且敏感柵的黏貼面積大，能更好地隨同被測物體變形。此外與金屬絲式應(yīng)變片相比，它還具有散熱條件好，允許通過的電流較大，可制成各種所需的形狀，便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以其使用范圍日益擴(kuò)大，已逐漸取代金屬絲式應(yīng)變片。12第12頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一箔式應(yīng)變片的外形4/12/202313第13頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一（3）金屬薄膜式應(yīng)變片金屬薄膜式應(yīng)變片是采用真空蒸發(fā)或真空沉淀等方法在薄的絕緣基片上形成0.1μm以下的金屬電阻薄膜的敏感柵，最后再加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度系數(shù)大、允許電流密度大、工作范圍廣。第14頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.半導(dǎo)體應(yīng)變片

半導(dǎo)體應(yīng)變片是用半導(dǎo)體材料制成的，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。所謂壓阻效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料在某一軸向受外力作用時(shí)，其電阻率ρ發(fā)生變化的現(xiàn)象。它的突出優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、尺寸小、橫向效應(yīng)小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。但它有溫度系數(shù)大，應(yīng)變時(shí)非線性關(guān)系比較嚴(yán)重等缺點(diǎn)。15第15頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.1.3測量轉(zhuǎn)換電路

4/12/202316第16頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

調(diào)節(jié)RP，最終可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并聯(lián)RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預(yù)調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的R5是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。

4/12/202317第17頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一①ΔRi<<R時(shí)，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。②若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性一致，即同為拉應(yīng)變或壓應(yīng)變時(shí)，輸出電壓為兩者之差；若相鄰兩橋臂的應(yīng)變極性不同，則輸出電壓為兩者之和。③若相對兩橋臂應(yīng)變的極性一致，輸出電壓為兩者之和；反之則為兩者之差。2023/4/1218第18頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一④電橋供電電壓U越高，輸出電壓U0越大。但是，當(dāng)U大時(shí)，電阻應(yīng)變片通過的電流也大，若超過電阻應(yīng)變片所允許通過的最大工作電流，傳感器就會(huì)出現(xiàn)蠕變和零漂。⑤增大電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K，可提高電橋的輸出電壓。2023/4/1219第19頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一單臂電橋

全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂半橋靈敏度最低。2023/4/1220第20頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一雙臂電橋R1、

R2為應(yīng)變片，

R3、R4為固定電阻。應(yīng)變片R1、R2感受到的應(yīng)變1~2以及產(chǎn)生的電阻增量正負(fù)號(hào)相間，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。4/12/202321第21頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一U0R1＋⊿R1R4R3UR2－⊿R2R1R2F電橋靈敏度比單臂時(shí)提高一倍溫度補(bǔ)償作用。2023/4/1222第22頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一四臂全橋

全橋的四個(gè)橋臂都為應(yīng)變片，如果設(shè)法使試件受力后，應(yīng)變片R1~

R4產(chǎn)生的電阻增量（或感受到的應(yīng)變1~4）正負(fù)號(hào)相間，就可以使輸出電壓Uo成倍地增大。上述三種工作方式中，全橋四臂工作方式的靈敏度最高，雙臂半橋次之，單臂電橋靈敏度最低。采用全橋（或雙臂半橋）還能實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償。4/12/202323第23頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一U0R1＋⊿R1UR2－⊿R2R4＋⊿R4R3－⊿R3電橋靈敏度是單臂時(shí)的四倍溫度補(bǔ)償作用。2023/4/1224第24頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一單臂電橋時(shí)實(shí)際輸出與電阻變化值及應(yīng)變之間存在一定的非線性關(guān)系。對于半橋工作方式和全橋工作方式，兩應(yīng)變片處于差分工作狀態(tài)，即一個(gè)應(yīng)變片感受正應(yīng)變，另一個(gè)應(yīng)變片感受負(fù)應(yīng)變，經(jīng)推導(dǎo)可證明理論上不存在非線性關(guān)系。采用恒流源作為橋路電源也能減小非線性誤差。第25頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一（1）產(chǎn)生溫度誤差的原因。因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化主要有兩個(gè)因素：其一是電阻應(yīng)變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與被測物體的線膨脹系數(shù)不同。電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償：敏感柵材料的電阻溫度系數(shù)

:分別為電阻絲和被測物體線膨脹系數(shù)，

第26頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一（2）溫度補(bǔ)償方法。①線路補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償法是最常用的且效果較好的線路補(bǔ)償法。第27頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一電橋的輸出電壓僅與被測物體的應(yīng)變有關(guān)，而與環(huán)境溫度無關(guān)。若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過程必須滿足以下三個(gè)條件：i）兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)具有相同的電阻溫度系數(shù)、膨脹系數(shù)β、靈敏度和初始電阻。ii）黏貼補(bǔ)償應(yīng)變片的補(bǔ)償塊材料和黏貼工作應(yīng)變片的被測物體材料必須一樣，兩者的膨脹系數(shù)必須相同。iii）兩個(gè)應(yīng)變片應(yīng)處于同一溫度場中。第28頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一全橋的溫度補(bǔ)償原理

當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，橋臂上的應(yīng)變片溫度同時(shí)升高，溫度引起的電阻值漂移數(shù)值一致，可以相互抵消，所以全橋的溫漂較小；半橋也同樣能克服溫漂。294/12/202329第29頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一②電阻應(yīng)變片的自補(bǔ)償法。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電阻應(yīng)變片自身的阻值為零，這種特殊的電阻應(yīng)變片稱為自補(bǔ)償電阻應(yīng)變片。由式(2-12)可知，欲使不受Δt的影響，需滿足

第30頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一1.應(yīng)變式荷重傳感器FR1R2R43.1.4電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用第31頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)變片在等截面圓柱展開圖上的位置第32頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）F第33頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一FF第34頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。

荷重傳感器原理演示第35頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1236第36頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一汽車衡稱重系統(tǒng)第37頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.應(yīng)變式加速度傳感器圖2-22應(yīng)變式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)1—慣性質(zhì)量塊；2—懸臂梁；3—腔體；4—應(yīng)變片；5—?dú)んw第38頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

3.壓阻式固態(tài)壓力傳感器

利用擴(kuò)散工藝制作的四個(gè)半導(dǎo)體應(yīng)變電阻處于同一硅片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

2023/4/1239第39頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一第40頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口2023/4/1241低壓進(jìn)氣口絕對壓力傳感器第41頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器2023/4/1242p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器第42頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一4.生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用1—引出線2—25號(hào)注射針3—硅膜片4—絕緣材料圖3-8注射針型壓阻式壓力傳感器43第43頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

1—引出線2—硅橡膠導(dǎo)管3—圓形金屬外殼4—硅梁

5—塑料殼6—金屬插片7—金屬波紋膜片8—推桿圖3-9心內(nèi)導(dǎo)管中的壓阻式壓力傳感器44第44頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一1—壓阻芯2—硅橡膠3—玻璃底座4—不銹鋼加固板

圖3-10腦壓傳感器原理圖45第45頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.2熱電阻式傳感器熱電阻式傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測溫的。它可分為金屬熱電阻式傳感器和半導(dǎo)體熱敏電阻式傳感器。46第46頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/1247熱電阻傳感器金屬熱電阻半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）普通型鎧裝型薄膜型物質(zhì)的電阻率隨溫度變化而變化的現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。第47頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/12483.2.1金屬熱電阻式傳感器1.原理：溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動(dòng)加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時(shí)的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。第48頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一取一只100W/220V燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，

而計(jì)算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484

。

2023/4/1249第49頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.金屬熱電阻的分類和結(jié)構(gòu)1）金屬熱電阻的分類目前使用最廣泛的金屬熱電阻材料是銅和鉑.電阻溫度系數(shù)大且穩(wěn)定；電阻率高;易提純、復(fù)現(xiàn)性好的金屬材料才可用于制作熱電阻50第50頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一在鉑、銅、鎳中,鉑的性能最好，采用特殊結(jié)構(gòu)可制成標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),它的適用溫度范圍為(-200～+960)℃。銅電阻價(jià)廉并且線性好,但溫度高了易氧化,故只適用于溫度較低(-50～+150)℃的環(huán)境中。表3—1列出了熱電阻的主要技術(shù)性能。第51頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一表3-1銅熱電阻和鉑熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑銅測溫范圍/℃－200～850－50～150電阻率/Ω?m9.81×10-8～10.6×10-81.7×10-8特性近似于線性、性能穩(wěn)定、精度高線性較好、價(jià)格低、體積大52第52頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2）金屬熱電阻的結(jié)構(gòu)金屬熱電阻主要由熱電阻絲、絕緣骨架、引出線等部件組成。圖3-7鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)1—鉚釘2—電阻絲3—銀質(zhì)引腳53第53頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)溫度在0~850內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻與溫度的關(guān)系為：鉑熱電阻：當(dāng)溫度t在-200~0內(nèi)時(shí)，鉑熱電阻與溫度的關(guān)系為：分度號(hào)：的鉑電阻值為第54頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一圖3-8銅熱電阻的結(jié)構(gòu)1—骨架2—漆包銅線3—引出線55第55頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一分度號(hào)：

的銅電阻值為

銅熱電阻：

第56頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一第57頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一薄膜型及普通型鉑熱電阻

4/12/202358第58頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一小型鉑熱電阻

4/12/202359第59頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一學(xué)習(xí)查“鉑熱電阻分度表”附錄鉑熱電阻分度表2023/4/1260第60頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.金屬熱電阻式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路工業(yè)熱電阻多采用三線制接法。即從金屬熱電阻引出三根導(dǎo)線，這三根導(dǎo)線粗細(xì)相同，長度相等，且電阻值均為。當(dāng)熱電阻和電橋配合使用時(shí)，采用這種引出線方式可以較好地消除引出線電阻的影響，提高測量精度。圖2-9熱電阻的三線制接法第61頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻式傳感器1.半導(dǎo)體熱敏電阻式傳感器的特性半導(dǎo)體的電阻值隨度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性關(guān)系。第62頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體的這種溫度特性是因?yàn)樗膶?dǎo)電方式是載流子（電子、空穴）導(dǎo)電。由于半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)比金屬中的自由電子少得多，因而它的電阻很大。隨著溫度的升高，半導(dǎo)體中參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目會(huì)增多，因此，它的電阻率減小，電阻降低。第63頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.半導(dǎo)體熱敏電阻的分類與結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體熱敏電阻按溫度系數(shù)可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC與CTR，三者的溫度特性曲線如圖2-11所示。第64頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻的分類溫度系數(shù)負(fù)指數(shù)型負(fù)突變型（CTR）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）正溫度系數(shù)的熱敏電阻（PTC）線性型突變型(1)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)（NTC）（金屬氧化物）正溫度系數(shù)（PTC）（鈦酸鋇）第65頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一PTC也可分為兩大類：第一類為線性型，它的電阻值與溫度之間呈線性關(guān)系；第二類為突變型。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然上升。主要用于溫控。NTC可分為兩大類：第一類用于測量溫度，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（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點(diǎn)時(shí)，其電阻值突然下降。主要用于溫控。66第66頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻4/12/202367第67頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻4/12/202368第68頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一其他形式的熱敏電阻

帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻4/12/202369第69頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一其他形式的熱敏電阻（續(xù)）

貼片式NTC熱敏電阻4/12/202370第70頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻MF5A-3型熱敏電阻（參考深圳科蓬達(dá)電子有限公司資料）4/12/202371第71頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

4/12/202372第72頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一非標(biāo)熱敏電阻（續(xù)）

4/12/202373第73頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.2.3熱電阻式傳感器和熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用1.熱電阻式傳感器的應(yīng)用1）溫度測量圖2-25熱電阻的溫度測量電路第74頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2）流量測量圖2-26利用鉑熱電阻測量氣體流量的電路原理圖75第75頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.熱敏電阻式傳感器的應(yīng)用1）溫度補(bǔ)償儀表中通常用的一些零件多數(shù)是金屬絲做成的，如線圈、線繞電阻等。金屬一般具有正溫度系數(shù)，采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償，可以抵消由于溫度變化所產(chǎn)生的誤差。76第76頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2）電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)控制（a）連接示意圖（b）電動(dòng)機(jī)定子上熱敏電阻的連接方式圖2-28電動(dòng)機(jī)的過熱保護(hù)電路77第77頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

LCD4/12/202378第78頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻體溫表

4/12/202379第79頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻用于CPU的溫度測量

（參考小熊在線公司資料）4/12/202380第80頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

4/12/202381第81頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.3氣敏電阻式傳感器

現(xiàn)代社會(huì)中，人們在生產(chǎn)與生活中往往會(huì)接觸到各種各樣的氣體，由于這些氣體有許多是易燃、易爆的，如氫氣、一氧化碳、氟利昂、煤氣瓦斯、天燃?xì)狻⒁夯蜌獾?，因而就需要對它們進(jìn)行檢測和控制。氣敏電阻式傳感器就是一種將檢測到的氣體成分與濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。人們根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得氣體在環(huán)境中存在的信息，從而進(jìn)行監(jiān)控或報(bào)警。82第82頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.3.1氣敏電阻式傳感器的工作原理

氣敏電阻式傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件電阻值變化而制成的。83第83頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一氣敏傳感器工作原理當(dāng)半導(dǎo)體表面被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附，吸附的分子首先在半導(dǎo)體表面擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分分子固定在吸附處。第84頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

氧化型氣體（電子接受型氣體）如：吸附分子（氣體）從半導(dǎo)體中奪得電子而形成負(fù)離子吸附，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。半導(dǎo)體還原型氣體（電子供給型氣體）如：吸附分子（氣體）將向半導(dǎo)體中釋放出電子而形成正離子吸附。半導(dǎo)體第85頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一為提高氣體靈敏度，一般需加熱以加快被測氣體的化學(xué)吸附氧化還原反應(yīng)（到200～450℃），同時(shí)加熱還能使附著在測控部分上的油霧、塵埃燒掉。第86頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.3.2氣敏電阻式傳感器的

結(jié)構(gòu)和分類

氣敏電阻式傳感器一般由敏感元件、加熱器和外殼三部分組成。氣敏電阻燒結(jié)型氣敏電阻式傳感器薄膜型氣敏電阻式傳感器厚膜型氣敏電阻式傳感器按結(jié)構(gòu)分按加熱方式分直熱型氣敏電阻式傳感器旁熱型氣敏電阻式傳感器。87第87頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一

（a）燒結(jié)型氣敏電阻（b）薄膜型氣敏電阻（c）厚膜型氣敏電阻圖3-13氣敏電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)88第88頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一圖3-14直熱型氣敏電阻式傳感器89第89頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一圖3-15旁熱型氣敏電阻式傳感器90第90頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一氣敏電阻外形酒精傳感器

其他可燃性氣體傳感器4/12/202391第91頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一酒精測試儀呼氣管4/12/202392第92頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一一氧化碳傳感器4/12/202393第93頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一其他氣體傳感器NH3傳感器甲烷傳感器4/12/202394第94頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一氧濃度傳感器外形

汽車尾氣測量-氧化鈦氧氣多，電阻大4/12/202395第95頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.3.3氣敏電阻式傳感器的應(yīng)用氣敏電阻式傳感器廣泛應(yīng)用于防災(zāi)報(bào)警，如可制成液化石油氣、天然氣、城市煤氣、煤礦瓦斯以及有毒氣體等方面的報(bào)警器，也可用于對大氣污染進(jìn)行監(jiān)測以及在醫(yī)療上用于對氧氣和一氧化碳等氣體的測量，在日常生活中則可用于空調(diào)機(jī)、烹調(diào)裝置、酒精濃度探測等方面。第96頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一1.簡易家用氣體報(bào)警器圖2-29家用氣體報(bào)警器的內(nèi)部電路第97頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2.酒精檢測報(bào)警器圖2-30酒精檢測報(bào)警器的內(nèi)部電路第98頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.4濕敏電阻式傳感器

濕敏電阻式傳感器是由濕敏元件和轉(zhuǎn)換電路等組成，能感受外界濕度(通常將空氣或其他氣體中的水分含量稱為濕度)的變化，并通過濕敏電阻式傳感器的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，將環(huán)境濕度變換為電信號(hào)的裝置。99第99頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一3.4.1大氣濕度與露點(diǎn)1.絕對濕度和相對濕度1）絕對濕度絕對濕度用每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量表示。一般用符號(hào)AH表示，單位為g/m3或mg/m3，其表達(dá)式為

(2-27)式中，mv為待測空氣中的水蒸氣的質(zhì)量（g）；V為待測空氣的總體積（m3）。100第100頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一2）相對濕度

在許多與大氣濕度相關(guān)的現(xiàn)象中，都與大氣的絕對濕度沒有直接的關(guān)系，而與大氣中的水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近程度有關(guān)。相對濕度是指被測氣體中的水蒸氣的氣壓與該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣的氣壓的百分比。用符號(hào)RH表示，其表達(dá)式為

(2-28)式中，PV為在t℃時(shí)被測氣體中的水蒸氣的氣壓（Pa）；PW為待測空氣在溫度t℃下的飽和水蒸氣的氣壓（Pa）。101第101頁，共110頁，2023年，2月20日，星期一t/℃Pw/Pat/℃Pw/Pat/℃Pw/Pat/℃Pw/Pa－200.77－92.1325.292219.83－190.85－82.3235.692321.07－180.