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什麽(me) 叫傳(chuan) 感器？從(cong) 廣義(yi) 上講，傳(chuan) 感器就是能感知外界信息並能按一定規律將這些信息轉換成可用信號的裝置；簡單說傳(chuan) 感器是將外界信號轉換為(wei) 電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉換器件兩(liang) 部分組成，有的半導體(ti) 敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構成傳(chuan) 感器。敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為(wei) ①物理類，基於(yu) 力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。②化學類，基於(yu) 化學反應的原理。③生物類，基於(yu) 酶、抗體(ti) 、和激素等分子識別功能。通常據其基本感知功能可分為(wei) 熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等類（還有人曾將傳(chuan) 感器分46類）。下麵對常用的熱敏、光敏、氣敏、力敏和磁敏傳(chuan) 感器及其敏感元件介紹如下。
  
一 溫度傳(chuan) 感器及熱敏元件
溫度傳(chuan) 感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導體(ti) 熱敏電阻等。以半導體(ti) 熱敏電阻為(wei) 探測元件的溫度傳(chuan) 感器應用廣泛，這是因為(wei) 在元件允許工作條件範圍內(nei) ，半導體(ti) 熱敏電阻器具有體(ti) 積小、靈敏度高、精度高的特點，而且製造工藝簡單、價(jia) 格低廉。

1.半導體(ti) 熱敏電阻的工作原理
按溫度特性熱敏電阻可分為(wei) 兩(liang) 類，隨溫度上升電阻增加的為(wei) 正溫度係數熱敏電阻，反之為(wei) 負溫度係數熱敏電阻。
⑴ 正溫度係數熱敏電阻的工作原理
此種熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為(wei) 基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫燒結爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（La）和铌（Nb）等以後，變成了半導體(ti) 材料，被稱半導體(ti) 化鈦酸鋇。它是一種多晶體(ti) 材料，晶粒之間存在著晶粒界麵，對於(yu) 導電電子而言，晶粒間界麵相當於(yu) 一個(ge) 位壘。當溫度低時，由於(yu) 半導體(ti) 化鈦酸鋇內(nei) 電場的作用，導電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較小；當溫度升高到居裏點溫度（即臨(lin) 界溫度，此元件的‘溫度控製點’ 一般鈦酸鋇的居裏點為(wei) 120℃）時，內(nei) 電場受到破壞，不能幫助導電電子越過位壘，所以表現為(wei) 電阻值的急劇增加。因為(wei) 這種元件具有未達居裏點前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調溫和自動控溫的功能，隻發熱，不發紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流3～440V均可，使用壽命長，非常適用於(yu) 電動機等電器裝置的過熱探測。
⑵ 負溫度係數熱敏電阻的工作原理
負溫度係數熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為(wei) 主要原料，采用陶瓷工藝製造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導體(ti) 性質，*類似於(yu) 鍺、矽晶體(ti) 材料，體(ti) 內(nei) 的載流子（電子和空穴）數目少，電阻較高；溫度升高，體(ti) 內(nei) 載流子數目增加，自然電阻值降低。負溫度係數熱敏電阻類型很多，使用區分低溫（-60～300℃）、中溫（300～600℃）、高溫（>600℃）三種，有靈敏度高、穩定性好、響應快、壽命長、價(jia) 格低等優(you) 點，廣泛應用於(yu) 需要定點測溫的溫度自動控製電路，如冰箱、空調、溫室等的溫控係統。
熱敏電阻與(yu) 簡單的放大電路結合，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀(yi) 表組成測溫計，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為(wei) -55℃～+315℃，特殊低溫熱敏電阻的工作溫度低於(yu) -55℃，可達-273℃。

2.熱敏電阻的型號
我國產(chan) 熱敏電阻是按部頒標準SJ1155-82來製定型號，由四部分組成。
*部分：主稱，用字母‘M’表示 敏感元件。
第二部分：類別，用字母‘Z’表示正溫度係數熱敏電阻器，或者用字母‘F’表示負溫度係數熱敏電阻器。
第三部分：用途或特征，用一位數字（0-9）表示。一般數字‘1’表示普通用途，‘2’表示穩壓用途（負溫度係數熱敏電阻器），‘3’表示微波測量用途（負溫度係數熱敏電阻器），‘4’表示旁熱式（負溫度係數熱敏電阻器），‘5’表示測溫用途，‘6’表示控溫用途，‘7’表示消磁用途（正溫度係數熱敏電阻器），‘8’表示線性型（負溫度係數熱敏電阻器），‘9’表示恒溫型（正溫度係數熱敏電阻器），‘0’表示特殊型（負溫度係數熱敏電阻器）
第四部分：序號，也由數字表示，代表規格、性能。
往往廠家出於(yu) 區別本係列產(chan) 品的特殊需要，在序號後加‘派生序號’，由字母、數字和‘-’號組合而成。
例： M Z 1 1

3.熱敏電阻器的主要參數
各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數允許範圍之內(nei) 。熱敏電阻的主要參數有十餘(yu) 項：標稱電阻值、使用環境溫度（zui高工作溫度）、測量功率、額定功率、標稱電壓（zui大工作電壓）、工作電流、溫度係數、材料常數、時間常數等。其中標稱電阻值是在25℃零功率時的電阻值，實際上總有一定誤差，應在±10%之內(nei) 。普通熱敏電阻的工作溫度範圍較大，可根據需要從(cong) -55℃到+315℃選擇，值得注意的是，不同型號熱敏電阻的zui高工作溫度差異很大，如MF11片狀負溫度係數熱敏電阻器為(wei) +125℃，而MF53-1僅(jin) 為(wei) +70℃，學生實驗時應注意（一般不要超過50℃）。
  
4 實驗用熱敏電阻選擇
普通用途負溫度係數熱敏電阻器，因它隨溫度變化一般比正溫度係數熱敏電阻器易觀察，電阻值連續下降明顯。若選正溫度係數熱敏電阻器，實驗溫度應在該元件居裏點溫度附近。
例MF11普通負溫度係數熱敏電阻器參數
主要技術參數名稱 參數值 MF11熱敏電阻符號外形圖
標稱阻值（kΩ） 10～15 片狀外形 符號
額定功率 （W） 0.25 
材料常數B範圍（k） 1980～3630 
溫度係數（10-2/℃） -（2.23～4.09） 
耗散係數（mW/℃） ≥5 
時間常數（s） ≤30 
zui高工作溫度（℃） 125 
粗測熱敏電阻的值，宜選用量程適中且通過熱敏電阻測量電流較小萬(wan) 用表。若熱敏電阻10kΩ左右，可以選用MF10型萬(wan) 用表，將其擋位開關(guan) 撥到歐姆擋R×100，用鱷魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻的兩(liang) 引腳。在環境溫度明顯低於(yu) 體(ti) 溫時，讀數10.2k ,用手捏住熱敏電阻，可看到表針指示的阻值逐漸減小；鬆開手後，阻值加大，逐漸複原。這樣的熱敏電阻可以選用（zui高工作溫度100℃左右）。

幾種實用測溫傳(chuan) 感器 
a空調內(nei) 溫控傳(chuan) 感器：熱敏元件封在銅金屬中。 
b 氣溫測量傳(chuan) 感器

二 光傳(chuan) 感器及光敏元件
光傳(chuan) 感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發展迅速、品種繁多、應用廣泛。市場出售的有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池等。
1.光敏電阻器
光敏電阻器由能透光的半導體(ti) 光電晶體(ti) 構成 ，因半導體(ti) 光電晶體(ti) 成分不同，又分為(wei) 可見光光敏電阻（硫化鎘晶體(ti) ）、紅外光光敏電阻（砷化镓晶體(ti) ）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅晶體(ti) ）。當敏感波長的光照半導體(ti) 光電晶體(ti) 表麵，晶體(ti) 內(nei) 載流子增加，使其電導率增加（即電阻減小）。
光敏電阻的主要參數：
◆光電流 、亮阻：在一定外加電壓下，當有光（100lx照度）照射時，流過光敏電阻的電流稱光電流；外加電壓與(yu) 該電流之比為(wei) 亮阻，一般幾kΩ～幾十kΩ。
◆暗電流、暗阻：在一定外加電壓下，當無光（ 0 lx照度）照射時，流過光敏電阻的電流稱暗電流；外加電壓與(yu) 該電流之比為(wei) 暗阻，一般幾百kΩ～幾千kΩ以上。
◆zui大工作電壓：一般幾十伏至上百伏。
◆環境溫度：一般-25℃至 +55℃，有的型號可以-40℃至+70℃。
◆額定功率（功耗）：光敏電阻的亮電流與(yu) 外電壓乘積；可有5mW至300mW多種規格選擇。
◆光敏電阻的主要參數還有響應時間、靈敏度、光譜響應、光照特性、溫度係數、伏安特性等。
值得注意的是，光照特性（隨光照強度變化的特性）、溫度係數（隨溫度變化的特性）、伏安特性不是線性的，如以CdS（硫化鎘）光敏電阻的光阻有時隨溫度的增加而增大，有時隨溫度的增加又變小。
硫化鎘光敏電阻器的參數：
型號規格 MG41-22 MG42-16 MG44-02 MG45-52
環境溫度（℃） -40～+60 -25～+55 -40～+70 -40～+70
額定功率（mW） 20 10 5 200
亮阻，100lx（kΩ） ≤2 ≤50 ≤2 ≤2
暗阻， 0lx（MΩ） ≥1 ≥10 ≥0.2 ≥1
響應時間 （ms） ≤20 ≤20 ≤20 ≤20 
zui高工作電壓（v） 100 50 20 250
  
2 光電二極管
和普通二極管相比，除它的管芯也是一個(ge) PN結、具有單向導電性能外，其他均差異很大。首先管芯內(nei) 的PN結結深比較淺（小於(yu) 1微米），以提高光電轉換能力；第二PN結麵積比較大，電極麵積則很小，以有利於(yu) 光敏麵多收集光線；第三光電二極管在外觀上都有一個(ge) 用有機玻璃透鏡密封、能匯聚光線於(yu) 光敏麵的“窗口”；所以光電二極管的靈敏度和響應時間遠遠優(you) 於(yu) 光敏電阻。
  
常見的幾種光電二極管及符號如下：
2DU有前極、後極、環極三個(ge) 極。其中環極是為(wei) 了減小光電二極管的暗電流和增加工作穩定性而設計增加的，應用時需要接電源正極。光電二極管的主要參數有：zui高工作電壓（10～50V）,暗電流（≤0.05～1微安），光電流（＞6～80微安），光電靈敏度、響應時間（幾十ns～幾十μs）、結電容和正向壓降等。
光電二極管的優(you) 點是線性好，響應速度快，對寬範圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點是單獨使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。適用於(yu) 通訊及光電控製等電路。
光電二極管的檢測可用萬(wan) 用表R×1K擋，避光測正向電阻應10KΩ～200 KΩ，反向應∞，去掉遮光物後向右偏轉角越大，靈敏度越高。
光電三極管可以視為(wei) 一個(ge) 光電二極管和一個(ge) 三極管的組合元件，由於(yu) 具有放大功能，所以其暗電流、光電流和光電靈敏度比光電二極管要高得多，但結構原因使結電容加大，響應特性變壞。廣泛應用於(yu) 低頻的光電控製電路。
半導體(ti) 光電器件還有MOS結構，如掃描儀(yi) 、攝象頭中常用的CCD（電荷耦合器件）就是集成的光電二極管或MOS結構的陣列。
  
三 氣敏傳(chuan) 感器及氣敏元件
教材僅(jin) 要求簡單的熱敏電阻和光敏電阻特性實驗。由於(yu) 氣體(ti) 與(yu) 人類的日常生活密切相關(guan) ，對氣體(ti) 的檢測已經是保護和改善生態居住環境*手段，氣敏傳(chuan) 感器發揮著極其重要的作用。例如生活環境中的一氧化碳濃度達0.8～1.15 ml/L時，就會(hui) 出現呼吸急促，脈搏加快，甚至暈厥等狀態，達1.84ml/L時則有在幾分鍾內(nei) 死亡的危險，因此對一氧化碳檢測必須快而準。利用SnO2金屬氧化物半導體(ti) 氣敏材料，通過顆粒超微細化和摻雜工藝製備SnO2納米顆粒，並以此為(wei) 基體(ti) 摻雜一定催化劑，經適當燒結工藝進行表麵修飾，製成旁熱式燒結型CO敏感元件，能夠探測0.005%～0.5%範圍的CO氣體(ti) 。還有許多易爆可燃氣體(ti) 、酒精氣體(ti) 、汽車尾氣等有毒氣體(ti) 的進行探測的傳(chuan) 感器。常用的主要有接觸燃燒式氣體(ti) 傳(chuan) 感器、電化學氣敏傳(chuan) 感器和半導體(ti) 氣敏傳(chuan) 感器等。接觸燃燒式氣體(ti) 傳(chuan) 感器的檢測元件一般為(wei) 鉑金屬絲(si) （也可表麵塗鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲(si) 通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時若與(yu) 可燃性氣體(ti) 接觸，可燃性氣體(ti) 就會(hui) 在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲(si) 的溫度會(hui) 上升，鉑絲(si) 的電阻值也上升；通過測量鉑絲(si) 的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體(ti) 的濃度。電化學氣敏傳(chuan) 感器一般利用液體(ti) （或固體(ti) 、有機凝膠等）電解質，其輸出形式可以是氣體(ti) 直接氧化或還原產(chan) 生的電流，也可以是離子作用於(yu) 離子電極產(chan) 生的電動勢。半導體(ti) 氣敏傳(chuan) 感器具有靈敏度高、響應快、穩定性好、使用簡單的特點，應用極其廣泛；下麵重點介紹半導體(ti) 氣敏傳(chuan) 感器及其氣敏元件。
半導體(ti) 氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體(ti) 濃度的增大而減小；P型阻值隨氣體(ti) 濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導體(ti) 氣敏材料，屬於(yu) N型半導體(ti) ，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體(ti) 中的電子密度減少，從(cong) 而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體(ti) （如CO等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體(ti) 以正離子狀態吸附在金屬氧化物半導體(ti) 表麵；氧脫附放出電子，可燃行氣體(ti) 以正離子狀態吸附也要放出電子，從(cong) 而使氧化物半導體(ti) 導帶電子密度增加，電阻值下降。可燃性氣體(ti) 不存在了，金屬氧化物半導體(ti) 又會(hui) 自動恢複氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態。這就是半導體(ti) 氣敏元件檢測可燃氣體(ti) 的基本原理。
目前國產(chan) 的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲(si) 和測量電極一同燒結在金屬氧化物半導體(ti) 管芯內(nei) ；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為(wei) 基底，管內(nei) 穿加熱絲(si) ，管外側(ce) 有兩(liang) 個(ge) 測量極，測量極之間為(wei) 金屬氧化物氣敏材料，經高溫燒結而成。
氣敏元件的參數主要有加熱電壓、電流，測量回路電壓，靈敏度，響應時間，恢複時間，標定氣體(ti) （0.1%丁烷氣體(ti) ）中電壓，負載電阻值等。QM-N5型氣敏元件適用於(yu) 天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體(ti) 、烯類氣體(ti) 、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，屬於(yu) N型半導體(ti) 元件。靈敏度較高，穩定性較好，響應和恢複時間短，市場上應用廣泛。QM-N5氣敏元件參數如下：標定氣體(ti) （0.1%丁烷氣體(ti) ，*工作條件）中電壓≥2V，響應時間≤10S，恢複時間≤30S，*工作條件加熱電壓5V、測量回路電壓10V、負載電阻RL為(wei) 2K，允許工作條件加熱電壓4.5～5.5V、測量回路電壓5～15V、負載電阻0.5～2.2K。下圖為(wei) 氣敏元件的簡單測試電路（組成傳(chuan) 感器），電壓表指針變化越大，靈敏度越高；隻要加一簡單電路可實現報警。常見的氣敏元件還有MQ-31（於(yu) 檢測CO），QM-J1酒敏元件等。
  
四 力敏傳(chuan) 感器和力敏元件
力敏傳(chuan) 感器的種類甚多，傳(chuan) 統的測量方法是利用彈性材料的形變和位移來表示。隨著微電子技術的發展，利用半導體(ti) 材料的壓阻效應（即對其某一方向施加壓力，其電阻率就發生變化）和良好的彈性，已經研製出體(ti) 積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳(chuan) 感器，廣泛用於(yu) 壓力、加速度等物理力學量的測量。
  
五 磁敏傳(chuan) 感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍爾器件（基於(yu) 霍爾效應）、磁阻器件（基於(yu) 磁阻效應：外加磁場使半導體(ti) 的電阻隨磁場的增大而增加。）、磁敏二極管和三極管等。以磁敏元件為(wei) 基礎的磁敏傳(chuan) 感器在一些電、磁學量和力學量的測量中廣泛應用。
在一定意義(yi) 上傳(chuan) 感器與(yu) 人的感官有對應的關(guan) 係，其感知能力已遠超過人的感官。例如利用目標自身紅外輻射進行觀察的紅外成像係統（夜像儀(yi) ），黑夜中可1000米發現人，2000米發現車輛；熱像儀(yi) 的核心部件是紅外傳(chuan) 感器。1991年海灣戰爭(zheng) 中，伊拉克的坦克配置的夜視儀(yi) 探測距離僅(jin) 800米，還不及美英聯軍(jun) 的一半，黑暗中被打得慘敗是必然的。目前世界各國都將傳(chuan) 感器技術列為(wei) 優(you) 先發展的高新技術的重點。為(wei) 了大幅度提供傳(chuan) 感器的性能，將不斷采用新結構、新材料和新工藝，向小型化、集成化和智能的方向發展。