傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二章

傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二章2023/6/16第一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.2熱電阻式傳感器22.1電阻應(yīng)變式傳感器12.3氣敏電阻式傳感器3目錄2.4濕敏電阻式傳感器42.5電阻式傳感器的應(yīng)用52023/6/16第二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六知識(shí)目標(biāo)：（1）了解電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和特性，掌握電阻式傳感器的工作原理。（2）掌握電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路。（3）熟悉電阻式傳感器在工程上的應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)技能目標(biāo)：（1）能夠根據(jù)檢測(cè)要求選擇合適的電阻式傳感器。（2）能夠根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單合理的傳感器檢測(cè)電路。（3）能夠正確維護(hù)常用電子檢測(cè)設(shè)備。

2023/6/16第三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六情感目標(biāo)：（1）養(yǎng)成良好的工作責(zé)任心、堅(jiān)強(qiáng)的意志力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。（2）培養(yǎng)良好的合作精神、創(chuàng)新精神和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：電阻式傳感器的工作原理和應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：電阻式傳感器的測(cè)量電路。2023/6/16第四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六電阻式傳感器是一種指將各種被測(cè)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)系的電阻的變化，通過(guò)對(duì)電阻的測(cè)量達(dá)到測(cè)量非電量的目的的傳感器。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。電阻式傳感器2023/6/16第五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.1電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等組成。應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，其電發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。2023/6/16第六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.1.1電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理金屬絲受拉時(shí)，l變長(zhǎng)、r變小，導(dǎo)致R變大。2023/6/16第七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.1.2電阻應(yīng)變片的類型結(jié)構(gòu)、粘貼與特性應(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、金屬箔式、金屬薄膜式三種。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(shì)。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)。金屬應(yīng)變片金屬絲式金屬箔式金屬薄膜式2023/6/16第八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.電阻應(yīng)變片的類型結(jié)構(gòu)2023/6/16第九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六金屬箔式應(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)，且敏感柵的粘貼面積大，能更好地隨同被測(cè)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(guò)的電流較大，可根據(jù)使用要求制成各種形狀，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。2023/6/1610第十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六箔式應(yīng)變片的外形2023/6/16第十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六金屬薄膜式應(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，其加上保護(hù)層。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏度高、允許電流密度大、工作范圍廣。2023/6/16第十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六半導(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)。2023/6/16第十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六1）電阻應(yīng)變片的檢查電阻應(yīng)變片的檢查包括外觀檢查和電阻檢查。（1）外觀檢查。檢查敏感柵排列是否整齊、均勻、破損，引出線是否焊接牢固等。（2）電阻檢查。電阻檢查要精確到0.05Ω。2.電阻應(yīng)變片的粘貼2）被測(cè)物體的表面處理

為了保證一定的黏合強(qiáng)度，須將被測(cè)物體表面處理干凈，清除雜質(zhì)、油污和表面氧化層。粘貼表面應(yīng)保持平整、光滑。粘貼表面面積約為應(yīng)變片的3～5倍。2023/6/16第十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六3）確定貼片位置可用筆在被測(cè)物體表面劃出定位線，粘貼時(shí)應(yīng)使電阻應(yīng)變片中心線與定位線對(duì)準(zhǔn)。精密要求較高時(shí)，可以用光學(xué)投影的方法來(lái)確定貼片位置。4）粘貼應(yīng)變片：首先用甲苯、丙酮等溶劑清洗被測(cè)物體表面，然后在清洗過(guò)的表面上均勻地涂一薄層黏合劑作底層。待其晾干后，再在此底層和電阻應(yīng)變片基片的底面（也要先用溶劑清洗)各涂一層薄而均勻的黏合劑，待稍干后將電阻應(yīng)變片貼在劃線處，在電阻應(yīng)變片上放一張玻璃紙，用手指按壓，將多余的黏合劑和氣泡擠出。2023/6/16第十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六5）黏合劑的固化處理粘貼好電阻應(yīng)變片后，根據(jù)所使用黏合劑的固化工藝要求進(jìn)行固化處理。6）粘貼質(zhì)量檢查：檢查粘貼位置是否正確，黏合層是否有氣泡和漏貼，敏感柵是否有短路和斷路現(xiàn)象，以及敏感柵絕緣性能是否良好等。2023/6/16第十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六7）引出線的焊接與防護(hù)：將引線和端子用烙鐵焊接起來(lái)，注意不要把端子扯斷。電阻應(yīng)變片的引出線最好采用中間連接片引出，并加以固定。

為保證電阻應(yīng)變片工作的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，應(yīng)采取防潮措施，如在電阻應(yīng)變片及其引線上涂以石蠟、環(huán)氧樹脂等防護(hù)層。2023/6/16第十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.電阻應(yīng)變片的特性

1）電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)敏感柵是由N條長(zhǎng)度為l的直線段和直線段端部的（N-1）個(gè)半徑為r的半圓圓弧組成的，若該應(yīng)變片承受軸向應(yīng)力而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)變時(shí)，則各直線段的電阻將增加，但半圓則受到從到之間變化的應(yīng)變，其電阻的變化將小于沿軸向安放的同樣長(zhǎng)度電阻絲電阻的變化，因而將直的電阻絲繞成敏感柵后，雖然長(zhǎng)度不變，應(yīng)變狀態(tài)相同，但由于電阻應(yīng)變片敏感柵的電阻變化減小，因而其靈敏度較整個(gè)電阻絲的靈敏度要小，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。2023/6/16第十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六（a）（b）

圖2-4電阻應(yīng)變片的軸向受力圖及橫向效應(yīng)圖為了減小電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)產(chǎn)生的測(cè)量誤差，現(xiàn)在一般多采用金屬箔式應(yīng)變片。2023/6/16第十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2）電阻應(yīng)變片的初始電阻

電阻應(yīng)變片未粘貼時(shí)，在室溫下所測(cè)得的電阻稱為電阻應(yīng)變片的初始電阻，用符號(hào)R0表示。R0越大，其允許的工作電壓也越大，有利于靈敏度的提高。R0常用的有60Ω、120Ω、250Ω、350Ω和1000Ω等，其中以120Ω最為常用。2023/6/16第二十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.1.3電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路2023/6/16第二十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六電橋平衡的條件：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(guò)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。2023/6/16第二十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六①ΔRi<<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(duì)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。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(guò)的電流也大，若超過(guò)電阻應(yīng)變片所允許通過(guò)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。2023/6/16第二十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六

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。2023/6/16第二十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六

R1、

R2為受力應(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。雙臂電橋2023/6/16第二十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六U0R1＋⊿R1R4R3UR2－⊿R2R1R2F電橋靈敏度比單臂時(shí)提高一倍溫度補(bǔ)償作用2023/6/16第二十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六四臂全橋

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。2023/6/16第二十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六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2023/6/16第二十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六單臂電橋時(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(duì)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。2023/6/16第二十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償（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(cè)物體的線膨脹系數(shù)不同。：敏感柵材料的電阻溫度系數(shù):分別為電阻絲和被測(cè)物體線膨脹系數(shù)2023/6/16第三十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六（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。

2023/6/16第三十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六電橋的輸出電壓僅與被測(cè)物體的應(yīng)變有關(guān)，而與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。若要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，上述分析過(guò)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(cè)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(chǎng)中。2023/6/16第三十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六全橋的溫度補(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??；半橋也同樣能克服溫漂。2023/6/16第三十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六②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2023/6/16第三十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用1.應(yīng)變式荷重傳感器2023/6/16第三十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六應(yīng)變片在等截面圓柱展開圖上的位置

2023/6/16第三十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置2023/6/16第三十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六FF2023/6/16第三十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六荷重傳感器原理演示

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(zhǎng)。

2023/6/16第三十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六汽車衡2023/6/16第四十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六汽車衡稱重系統(tǒng)2023/6/16第四十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.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w2023/6/16第四十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六壓阻式固態(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。（a）結(jié)構(gòu)原理圖（b）電阻分布圖圖2-24壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)1—低壓腔；2—高壓腔；3—硅杯；4—引線；5—硅膜片2023/6/16第四十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2023/6/16第四十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口絕對(duì)壓力傳感器2023/6/16第四十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器p1進(jìn)氣管p2進(jìn)氣管固態(tài)壓力傳感器2023/6/16第四十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器表壓壓力傳感器p1進(jìn)氣管2023/6/16第四十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.2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(cè)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。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)。熱電阻式傳感器金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻2023/6/16第四十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.2.1金屬熱電阻式傳感器

溫度升高，金屬導(dǎo)體內(nèi)部電子熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而使自由電子通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)的阻力增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增大；反之，則電阻減小。因此，金屬導(dǎo)體具有正的溫度系數(shù)，即電阻與溫度的變化成正比。2.金屬熱電阻式傳感器的工作原理2023/6/16第四十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六

取一只100W/220V燈泡，用萬(wàn)用表測(cè)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

。2023/6/16第五十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.金屬熱電阻的分類和結(jié)構(gòu)1）金屬熱電阻的分類電阻溫度系數(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目前使用最廣泛的金屬熱電阻材料是銅和鉑.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2—1列出了熱電阻的主要技術(shù)性能。2023/6/16第五十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六表2-1銅熱電阻和鉑熱電阻的主要技術(shù)性能材料鉑銅測(cè)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2023/6/16第五十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2）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、引出線等組成。圖2-7鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)1—鉚釘；2—電阻絲；3—引線；4—絕緣骨架42023/6/16第五十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖2-8銅熱電阻的結(jié)構(gòu)1—絕緣骨架；2—漆包銅線；3—引線2023/6/16第五十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六薄膜型及普通型鉑熱電阻

2023/6/16第五十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六小型鉑熱電阻

2023/6/16第五十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六汽車用水溫傳感器及水溫表

銅熱電阻電阻溫度系數(shù)應(yīng)盡可能大且穩(wěn)定；電阻率高2023/6/16第五十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六附錄鉑熱電阻分度表2023/6/16第五十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六可設(shè)定溫度的溫度控制箱

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)定開關(guān)

撥碼式設(shè)定開關(guān)2023/6/16第五十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.金屬熱電阻式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖2-9熱電阻的三線制接法工業(yè)熱電阻多采用三線制接法。即從熱電阻引出三根引線，這三根引線粗細(xì)相同，長(zhǎng)度相等，且電阻值均為R。當(dāng)工業(yè)熱電阻和電橋配合使用時(shí)，采用這種引線方式可以較好地消除引線電阻的影響，提高測(cè)量精度。2023/6/16第六十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.2.2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)體的電阻隨溫度的升高而急劇減小，并呈現(xiàn)非線性關(guān)系。2023/6/16第六十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.半導(dǎo)體熱敏電阻的分類與結(jié)構(gòu)1）半導(dǎo)體熱敏電阻的分類半導(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。2023/6/16第六十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六熱敏電阻外形

MF12型NTC熱敏電阻聚脂塑料封裝熱敏電阻2023/6/16第六十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六其他形式的熱敏電阻

玻璃封裝NTC熱敏電阻MF58型熱敏電阻2023/6/16第六十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六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2023/6/16第六十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六其他形式的熱敏電阻

貼片式NTC熱敏電阻2023/6/16第六十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六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）2023/6/16第六十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六非標(biāo)熱敏電阻

2023/6/16第六十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六非標(biāo)熱敏電阻2023/6/16第六十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六熱敏電阻溫度面板表

熱敏電阻

LCD2023/6/16第七十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六熱敏電阻體溫表

2023/6/16第七十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量

（參考小熊在線公司資料）2023/6/16第七十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制

2023/6/16第七十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六現(xiàn)代社會(huì)中，人們?cè)谏a(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)?、液化石油氣等，因而就需要?duì)它們進(jìn)行檢測(cè)和控制。氣敏電阻式傳感器就是一種將檢測(cè)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。2.3氣敏電阻式傳感器2023/6/16第七十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.3.1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。2023/6/16第七十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.3.2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。氣敏電阻按結(jié)構(gòu)分按加熱方式分燒結(jié)型薄膜型厚膜型直熱型旁熱型2023/6/16第七十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六（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2-13氣敏電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)2023/6/16第七十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖2-14直熱型氣敏電阻式傳感器2023/6/1678第七十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖2-15旁熱型氣敏電阻式傳感器2023/6/1679第七十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六氣敏電阻外形酒精傳感器

其他可燃性氣體傳感器2023/6/16第八十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六酒精測(cè)試儀呼氣管2023/6/16第八十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六一氧化碳傳感器2023/6/16第八十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六其他氣體傳感器NH3傳感器甲烷傳感器2023/6/16第八十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六氧濃度傳感器外形

可用于汽車尾氣測(cè)量2023/6/16第八十四頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.4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(guò)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。2023/6/16第八十五頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.4.1大氣濕度與露點(diǎn)1.絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度1）絕對(duì)濕度絕對(duì)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(cè)空氣中的水蒸氣的質(zhì)量（g）；V為待測(cè)空氣的總體積（m3）。2023/6/16第八十六頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2）相對(duì)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(duì)濕度沒(méi)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(duì)濕度是指被測(cè)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(cè)氣體中的水蒸氣的氣壓（Pa）；PW為待測(cè)空氣在溫度t℃下的飽和水蒸氣的氣壓（Pa）。2023/6/16第八十七頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六t/℃Pw/Pat/℃Pw/Pat/℃Pw/Pat/℃Pw/Pa－200.77－92.1325.292219.83－190.85－82.3235.692321.07－180.94－72.5346.102422.38－171.03－62.7656.452523.78－161.13－53.0167.013031.82－151.24－43.2877.514055.32－141.36－33.5788.055092.50－131.49－23.8898.6160149.4－121.63－14.22109.2170233.7－111.7804.582017.5480355.7－101.9314.932118.65100760.0表2-2在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的不同溫度下飽和水蒸氣的氣壓2023/6/16第八十八頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.露點(diǎn)當(dāng)溫度下降到某一溫度，水蒸氣的氣壓與同溫度下的飽和水蒸氣的氣壓相等時(shí)，空氣中的水蒸氣將向液相轉(zhuǎn)化而凝結(jié)為露珠，其相對(duì)濕度RH為100％，這一特定的溫度被稱為空氣的露點(diǎn)溫度，簡(jiǎn)稱為露點(diǎn)空氣中水蒸氣的氣壓越小，露點(diǎn)越低。因此，只要知道待測(cè)空氣的露點(diǎn)溫度，通過(guò)表2-2就可以查到在該露點(diǎn)溫度下的飽和水蒸氣的氣壓，這個(gè)飽和水蒸氣的氣壓也就是待測(cè)空氣的水蒸氣的氣壓。2023/6/16第八十九頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.4.2濕敏電阻式傳感器的分類濕敏電阻的原理：水是一種強(qiáng)極性的電解質(zhì)。水分子極易吸附于固體表面并滲透到固體內(nèi)部，引起半導(dǎo)體的電阻值降低，因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二鋁等吸濕材料制作濕敏電阻。2023/6/16第九十頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.金屬氧化物陶瓷濕敏電阻式傳感器金屬氧化物陶瓷濕敏電阻式傳感器是由金屬氧化物多孔性陶瓷燒結(jié)而成的。燒結(jié)體上有微細(xì)孔，可使?jié)衩魧游交蜥尫潘肿?，造成其電阻值的改變。為了減小測(cè)量誤差，在陶瓷基片外設(shè)置由鎳鉻絲制成的加熱線圈，以便對(duì)元件加熱清洗，減小惡劣氣體對(duì)元件的污染。圖2-16多孔陶瓷濕—電轉(zhuǎn)換元件2023/6/16第九十一頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六陶瓷濕度傳感器特性曲線

在右圖所示的陶瓷濕度傳感器特性曲線中，縱坐標(biāo)的標(biāo)度有何特點(diǎn)？其電阻率變化約有多少個(gè)數(shù)量級(jí)？圖2-17氧化鎂復(fù)合化合物-二氧化鈦濕敏電阻式傳感器的相對(duì)濕度與電阻值2023/6/16第九十二頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.金屬氧化物膜型濕敏電阻式傳感器特點(diǎn)是傳感器電阻的對(duì)數(shù)值與濕度成線性關(guān)系，具有測(cè)濕范圍及工作溫度范圍大的優(yōu)點(diǎn)。圖2-18金屬氧化物膜型濕敏電阻式傳感器的結(jié)構(gòu)2023/6/16第九十三頁(yè)，共一百零七頁(yè)，編輯于2023年，星期六高分子材料濕敏電阻式傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、線性好、成本低等特點(diǎn)。3.高分子材料濕敏電阻式傳感器高分子材料濕敏電阻式傳感器是目前發(fā)展較快的一種新型