第2章+電阻傳感器.ppt

1、第二章 電阻式傳感器,電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。,自動(dòng)測(cè)力或稱重中應(yīng)用最普遍的是電阻應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變式傳感器有下列優(yōu)點(diǎn)： 1.精確度高，線性度好，靈敏度高 2.滯后和蠕變都較小，壽命高 3.容易與二次儀表相匹配實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè) 4.結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，體積較小應(yīng)用靈活 5.工作穩(wěn)定、保養(yǎng)方便 應(yīng)變式傳感器除可用于測(cè)量力參數(shù)外，還可用于測(cè)量加速度，振幅等其他物理量。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器,一、電阻應(yīng)變效應(yīng),二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù),四、測(cè)量電路,五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,主要內(nèi)容,應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上，當(dāng)溫度恒

2、定時(shí)，其加載特性與卸載特性不重合，即為機(jī)械滯后。,機(jī)械滯后、零漂及蠕變,機(jī)械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時(shí)的機(jī)械應(yīng)變愈大，卸載時(shí)的滯后也愈大。所以，通常在實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機(jī)械滯后所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。,產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機(jī)械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆的變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時(shí)，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。,對(duì)于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時(shí)，不承受應(yīng)變時(shí)，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點(diǎn)漂移。,產(chǎn)生的原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。,如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承

3、受恒定的機(jī)械應(yīng)變，其電阻值隨時(shí)間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。,產(chǎn)生的原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動(dòng)”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。,一、電阻應(yīng)變效應(yīng) 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)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 取一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)，截面積為A，電阻率為 的金屬絲，未受力時(shí)其電阻R為,當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時(shí), 將伸長(zhǎng)L, 橫截面積相應(yīng)減小A（取負(fù)號(hào)）, 電阻率將改變, 故引起電阻值相對(duì)變化量為,式中L/L是長(zhǎng)度相對(duì)變化量, 用應(yīng)變表示,A/A為電阻絲的截面積相對(duì)變化量, 因,所以,由材料力學(xué), 在彈性范圍內(nèi), 金屬絲受拉

4、力時(shí), 沿軸向伸長(zhǎng), 沿徑向縮短, 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為,式中: 材料的泊松比, 負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。 材料的應(yīng)變, 以取代 和 ，得,實(shí)驗(yàn)證明，應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化量R R與材料的應(yīng)變的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，從上式中提出 ，得, 材料的靈敏度系數(shù)K0取決于兩個(gè)因素 （1）材料幾何尺寸的改變。見上式中的 項(xiàng)。 （2）應(yīng)變引起的電阻率改變。見上式中的 項(xiàng)。 結(jié)論：金屬材料的 主要受前者影響；半導(dǎo)體材料主要受后者影響！,K0為靈敏度系數(shù)-單位應(yīng)變能引起的電阻相對(duì)變化。,二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),1.金屬電阻應(yīng)變片,有絲式、箔式、薄膜式三種結(jié)構(gòu)。 金屬絲（一般是合金，電阻率較高，直

5、徑約0.02mm）式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基、紙浸膠基之分。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，多用于大批量、一次性試驗(yàn)。 目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。箔式應(yīng)變片中的箔柵（敏感柵）是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對(duì)金屬箔式應(yīng)變片進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使其線脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。 金屬薄膜應(yīng)變片是采

6、用真空蒸鍍或?yàn)R射式陰極擴(kuò)散等方法，在薄的基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片。 這種應(yīng)變片有較高的靈敏度系數(shù)，允許電流密度大，工作溫度范圍較廣。,常用應(yīng)變片的形式,金屬應(yīng)變計(jì),2.半導(dǎo)體應(yīng)變片：利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。,對(duì)一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，它的電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為壓阻效應(yīng)。,將半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體按一定方向切割成的片狀小條，經(jīng)腐蝕壓焊粘貼在基片上而成的應(yīng)變片,利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的試件而制成,將P型雜質(zhì)擴(kuò)散到N型硅單晶體基底上，形成一層極薄的P型導(dǎo)電層，再通過超聲波和熱壓焊法接上引出線就形

7、成了擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變片,三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù),應(yīng)變片的檢查與選擇 試件的表面處理 底層處理 貼片 固化 粘貼質(zhì)量檢查 引線焊接與組橋連接,四、測(cè)量電路,作用：測(cè)量電阻的微小變化。,直流電橋,交流電橋,金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測(cè)量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。 例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R 的變化量?jī)H為0.2，所以必須使用不平衡電橋來測(cè)量這一微小的變化量。,等臂電橋 輸出對(duì)稱電橋 電源對(duì)稱電橋,(一) 直流電橋,

8、直流電源U,輸 出 電 壓,R,等效電阻：,直流電橋平衡條件：,空載電壓：,1.直流電橋的電流輸出：電橋輸出信號(hào)較大，輸出端又接入電阻值較小的負(fù)載如檢流計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，電橋以電流形式輸出 如果直流電橋帶一個(gè)具有內(nèi)阻Rg的負(fù)載,將輸出電流Ig. 電流輸出電路及其等效電路:,(E=U0),由等效電路可求得Ig、Ug的一般表達(dá)式:,*當(dāng)阻抗匹配即Rg=R時(shí),Ig、Ug表達(dá)式可簡(jiǎn)化為:,設(shè)R1為應(yīng)變電阻，當(dāng)電阻增加R時(shí)，由Ig簡(jiǎn)化算式：,得輸出電流為：,即,（2）阻抗匹配的電源對(duì)稱電橋，也有,（1）阻抗匹配的輸出對(duì)稱電橋,（3）阻抗匹配的等臂電橋，有,輸出與輸入呈線性關(guān)系,2.直流電橋的電壓輸出,如果直

9、流電橋輸出端接運(yùn)算放大器，負(fù)載電阻Rg,輸出電流Ig0，輸出電壓即可認(rèn)為是電橋電路的開路電壓：,（單臂）對(duì)于輸出對(duì)稱電橋（右圖）,即,對(duì)于電源對(duì)稱電橋,對(duì)于等臂電橋,輸出與輸入呈線性關(guān)系,直流電橋?qū)嵱秒娐?等臂電橋全橋工作電路,特征：四個(gè)電阻相同 四個(gè)電阻全為應(yīng)變電阻 （兩個(gè)被拉長(zhǎng)，兩個(gè)被壓短）,與單臂應(yīng)變相比，靈敏度擴(kuò)大4倍！,(二) 交流電橋,交流電橋采用正弦交流電源U，電源頻率取被測(cè)應(yīng)變頻率的510倍。 各橋臂采用應(yīng)變片或定值精密無感電阻。 在頻率較高時(shí)，必須考慮分布電容的影響。 如：,等。,設(shè)正弦交流電源,則輸出交流電壓,交流電橋平衡條件：,或,（1）等臂電橋單臂應(yīng)變情況下,（2）等臂

10、電橋雙臂應(yīng)變情況下,2,2,雙臂差動(dòng)比單筆工作靈敏度提高一倍,(三) 電橋的線路補(bǔ)償,（1）初始平衡補(bǔ)償（零點(diǎn)補(bǔ)償） 對(duì)平衡位置（零點(diǎn)）的改變進(jìn)行的補(bǔ)償。 如果某一對(duì)橋臂電阻的乘積較小，可對(duì)這兩個(gè)電阻中的任一個(gè)串聯(lián)小的補(bǔ)償電阻進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足電橋的初始平衡條件。,補(bǔ)償電阻,（2）溫度補(bǔ)償,a.補(bǔ)償片補(bǔ)償,b.熱敏電阻補(bǔ)償,如圖中R2、R4橋臂的總溫度系數(shù)低, 可采用高溫度系數(shù)的RT進(jìn)行補(bǔ)償,（3）彈性模量補(bǔ)償,彈性材料受環(huán)境影響，如升溫變軟，彈性模量減小；老化變硬，彈性模量增大等。 對(duì)于升溫變軟，可采用銅絲或鎳絲制成補(bǔ)償電阻RE進(jìn)行補(bǔ)償。,分析：當(dāng)彈性材料升溫變軟，同樣受力引起的應(yīng)變?cè)龃螅瑴y(cè)量

11、電路輸出會(huì)增大。 加上RE之后，由于RE升溫增大，電橋電路供電電壓減小，補(bǔ)償了升溫引起的輸出增大。,五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測(cè)量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測(cè)量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測(cè)試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測(cè)試件的應(yīng)變量。,（一）測(cè)力與稱重傳感器,（二）壓力傳感器,補(bǔ)償片,工作片,膜片,應(yīng)變片,插座,（

12、三）加速度傳感器,（四）位移傳感器,應(yīng)變式力傳感器,應(yīng)變式力傳感器,F,F,F,F,各種懸臂梁,各種懸臂梁,F,F,固定點(diǎn),固定點(diǎn),電纜,應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置,F,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應(yīng)變片在外力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長(zhǎng)。,汽車衡,汽車衡（以下參考北京遠(yuǎn)亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 ）,汽車衡稱重系統(tǒng),荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重,荷重傳感器 （共 3個(gè)，120度分布，以達(dá)到均衡目的，另兩個(gè)未拍出）,底座,墊塊,電纜,電子秤,磅秤,超市打印秤,遠(yuǎn)距離顯示,電子天平,電子

13、天平的精度可達(dá)十萬分之一,人體秤,吊鉤秤,便攜式,應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手,可用于汽車、摩托車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、機(jī)械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動(dòng)斷電等功能。,第二節(jié) 固態(tài)壓阻式傳感器 -半導(dǎo)體傳感器,壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強(qiáng)。 半導(dǎo)體壓阻式傳感器分類,粘貼式應(yīng)變片,擴(kuò)散硅型壓阻傳感器,特點(diǎn)：靈敏系數(shù)大，分辨率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能化。,本節(jié)介紹擴(kuò)散硅型壓阻傳感器,設(shè)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)為 ，材料

14、受到的應(yīng)力為， 有,一、工作原理與結(jié)構(gòu),對(duì)于半導(dǎo)體材料，其電阻率的變化為：,在彈性變形限度內(nèi)，壓阻效應(yīng)是可逆的，當(dāng)應(yīng)力消失時(shí)，硅片的電阻會(huì)恢復(fù)原來數(shù)值。 注意：晶體在不同的方向上，壓阻效應(yīng)數(shù)值不同。,壓阻效應(yīng)傳感器的核心-硅膜片,二、壓阻式壓力傳感器,三、壓阻式加速度傳感器,四、壓阻式傳感器的應(yīng)用,因?yàn)閴鹤枋絺鞲衅骶哂徐`敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、體積小、溫度范圍寬、便于批量生產(chǎn)、易于集成化、智能化的優(yōu)點(diǎn)。在航空、航海、石油、化工、機(jī)械、兵器、醫(yī)療等各方面獲得廣泛應(yīng)用。,機(jī)械：實(shí)時(shí)檢測(cè)各種機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)線的氣液壓力等 航空：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力、物體加速度等 兵器：槍炮膛內(nèi)壓力、爆炸壓力、沖擊波壓力等 醫(yī)療

15、：測(cè)量心腦血管、顱內(nèi)、尿道、眼球內(nèi)壓力等 其他：自來水管網(wǎng)壓力檢測(cè) 震動(dòng)檢測(cè) 過山車加速度檢測(cè)等,壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片,隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片 隔離開來。,壓阻式固態(tài) 壓力傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu),信號(hào)處理電路,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,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,p1進(jìn)氣管,p2進(jìn)氣管,固態(tài)壓力傳感器,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,表壓壓力傳感器,p1進(jìn)氣管,投入式液位計(jì),投入式液位傳感器（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理。,投入式液位計(jì)外形（續(xù)）,壓阻式

16、固態(tài)壓力傳感器,光柱 顯示器,橡膠 背壓管,投入式液位傳感器 投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為 幾米 至 幾十米，且混有 大 量 污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測(cè)量。,電阻應(yīng)變儀,下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測(cè)量范圍：19999； 分辨率： 1；電橋電壓：直流2.5V； 應(yīng)變片：120或其他阻值； 測(cè)量點(diǎn)數(shù)：8/16點(diǎn)；,電阻應(yīng)變儀（續(xù)）,右圖所示的靜動(dòng)態(tài) 應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)： 量程：110000 頻率范圍：0-150kHz 平衡方式：手動(dòng) 精度：0.3% 零點(diǎn)飄移：- /：0.1- /24小時(shí)：0.5 靈敏度變化：- /：0.05%- /24小時(shí)：0.3% 信噪比：52dB,（參考東方振動(dòng)和噪聲技

17、術(shù)研究所資料）,材料應(yīng)變的測(cè)量,斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測(cè)試,第三節(jié) 熱電阻式溫度傳感器,熱電阻傳感器,分類：,金屬熱電阻=熱電阻,半導(dǎo)體熱電阻=熱敏電阻,熱電阻傳感器-利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變的物理現(xiàn)象進(jìn)行溫度檢測(cè)。,一、熱電阻：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(shì)相同。,取一只 100W/220V 燈泡，用萬用表測(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 。,作為測(cè)溫用的熱電阻應(yīng)該具有一下特性： （1）電阻-

18、溫度變化具有良好的線性關(guān)系； （2）電阻溫度系數(shù)大，便于精確測(cè)量； 表示電阻當(dāng)溫度改變1度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化 （3）電阻率（是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種材料制成的長(zhǎng)1米、橫截面積是1平方毫米的在常溫下（20時(shí)）導(dǎo)線的電阻，叫做這種材料的電阻率 ）高，熱容量小，反應(yīng)速度快； 系統(tǒng)在某一過程中，溫度升高（或降低）1所吸收（或放出）的熱量 （4）在測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。 （5）材料質(zhì)量要純，復(fù)現(xiàn)性好，價(jià)格便宜。 在不同測(cè)量條件下，如不同的方法，不同的觀測(cè)者，在不同的檢測(cè)環(huán)境對(duì)同一被檢測(cè)的量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其測(cè)量結(jié)果一致的程度。,（一）鉑（Pt）電阻,鉑易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)

19、定，電阻率較大，能耐較高溫度，所以鉑熱電阻在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 鉑熱電阻的特性方程： 在0650的溫度范圍內(nèi): 在-2000的溫度范圍內(nèi):,Rt和R0分別為t和0時(shí)鉑電阻值; A、 B和C為常數(shù)。,目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。 不同分度號(hào)有相應(yīng)分度表, 即Rt-t 的關(guān)系表。 實(shí)際測(cè)量中, 只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。,鉑熱電阻Pt100分度表,薄膜型及普通型鉑熱電阻,小型鉑熱電阻,防爆型鉑熱電阻,鉑電阻溫度顯示、變送器,（二）銅電阻 由于鉑是貴重金屬,

20、在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合, 可采用銅熱電阻測(cè)溫, 測(cè)量范圍-50+150。 銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)電阻值與溫度的關(guān)系: R0為0時(shí)電阻值，為溫度為0 時(shí)的電阻溫度系數(shù)，銅熱電組的有兩種分度號(hào) Cu50(R0=50)和Cu100（R0=100）。,銅電阻絲,骨架,銅引出線,汽車用水溫傳感器及水溫表,銅熱電阻,銅熱電阻線性較好,測(cè)溫范圍小，價(jià)格便宜, 但易氧化, 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。 鉑熱電阻線性好，測(cè)溫范圍較大，不宜氧化，在腐蝕性介質(zhì)或較高溫度下可以工作，但價(jià)格昂貴。,表2-2 熱電阻的主要技術(shù)性能,熱電阻的外形結(jié)構(gòu),接線盒,熱電阻,固定螺紋,引線方式有兩線制、 三線制和

21、四線制, 兩線制引線電阻對(duì)測(cè)量影響大, 精度低。三線制可以減小連接導(dǎo)線的電阻因溫度變化所引起的測(cè)量誤差。 四線制可以完全消除誤差。工業(yè)上多采用三線制，而四線制則常用于標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻的引出線上。,分類： 根據(jù)電阻值的溫度特性分為：負(fù)溫度系數(shù)（negative temperature coefficient, NTC）和正溫度系數(shù)（positive temperature coefficient , PTC）之分。 NTC又可分為兩大類： 第一類用于測(cè)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 。常作為控溫報(bào)警器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)分

22、為：珠狀、柱狀、片狀、薄膜狀等形式。,珠狀,柱狀,片狀,二、熱敏電阻：利用半導(dǎo)體制成的敏感元件，特點(diǎn)是電阻率隨溫度變化顯著。,下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？,圖各種熱敏電阻的特性曲線 1突變型NTC 2負(fù)指數(shù)型NTC 3線性型PTC 4突變型PTC,熱敏電阻優(yōu)點(diǎn)： 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，熱慣性小，反應(yīng)速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，壽命長(zhǎng)，易于遠(yuǎn)距離測(cè)量。（由于熱接點(diǎn)具有一定的熱容量，熱接點(diǎn)從介質(zhì)中吸熱量后,加熱自身、使溫度提高到穩(wěn)定值需要一定的時(shí)間。即熱接點(diǎn)的溫度變化，在時(shí)間上總是滯后于被測(cè)介質(zhì)的溫度變化。熱電偶的這種現(xiàn)象稱為熱慣性。 ） 熱敏電阻缺點(diǎn)：電阻隨溫度變化曲線為

23、非線性，且同一型號(hào)電阻的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別，難于互相代換。,熱敏電阻外形,MF12型 NTC熱敏電阻,聚脂塑料封裝熱敏電阻,其他形式的熱敏電阻,玻璃封裝 NTC熱敏電阻,MF58 型熱敏電阻,帶安裝孔的熱敏電阻,大功率PTC熱敏電阻,貼片式NTC熱敏電阻,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）,KPD/MF5E薄膜系列NTC熱敏電阻， 應(yīng)用在電腦、打印機(jī)、家用電器等,非標(biāo)熱敏電阻,熱敏電阻溫度面板表,熱敏電阻,LCD顯示屏,熱敏電阻體溫表,熱敏電阻用于CPU的溫度測(cè)量,（參考小熊在線公司資料）,熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制,

24、二、熱電阻式傳感器的應(yīng)用：有兩種形式，一種是將熱敏元件與被測(cè)物體相接觸，它們之間經(jīng)過熱交換后達(dá)到熱平衡時(shí)熱敏元件的電阻值反應(yīng)了被測(cè)物體的溫度；一種是將流過恒定電流的熱敏元件置于被測(cè)氣體或液體等介質(zhì)中，介質(zhì)中的某些參數(shù)將影響熱敏元件與介質(zhì)之間的熱交換和熱平衡，利用這一原理達(dá)到測(cè)量介質(zhì)的某些參數(shù)的目的。,引線方式為：三線制式,（三） 熱 敏 電 阻 點(diǎn) 溫 計(jì),熱敏電阻適合做點(diǎn)溫計(jì)，因?yàn)槠潴w積小，響應(yīng)速度快,選擇量程,使電流計(jì)滿量程,（四）熱敏電阻熱保護(hù),（五） 熱 敏 電 阻 液 位 傳 感 器,（六）熱敏電阻濕度傳感器:利用濕度與大氣導(dǎo)熱率之間的關(guān)系作為測(cè)量原理的，現(xiàn)已用于空調(diào)機(jī)濕度控制，或制

25、成便攜式絕對(duì)濕度表、直讀式露點(diǎn)計(jì)、相對(duì)濕度計(jì)、水分計(jì)等,一、氣敏電阻的工作原理 氣敏電阻的材料是金屬氧化物半導(dǎo)體, 當(dāng)被氣體吸附時(shí)這些材料的電阻率會(huì)發(fā)生變化，利用這個(gè)原理可以制成氣敏元件和氣敏傳感器-通過電阻率變化監(jiān)視氣體濃度、成分。 主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和自動(dòng)控制。 氣敏電阻品種繁多，主要有可測(cè)量還原性氣體和測(cè)量氧氣濃度的兩大類。,第四節(jié) 氣敏電阻,一、還原性氣體傳感器 所謂還原性氣體就是在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子，化學(xué)價(jià)升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。 測(cè)量還原性氣

26、體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件 金屬氧化物半導(dǎo)體分N型半導(dǎo)體（氧化錫、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢等，氧離子缺位，當(dāng)遇到易于失去電子的可燃性氣體時(shí)，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流濃度增加，電導(dǎo)率增加）和P型半導(dǎo)體（氧化鈷、 氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等，陽離子缺位，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)，電導(dǎo)率減?。?氣敏電阻的檢測(cè)靈敏度受溫度影響很大，在常溫下輸出信號(hào)微弱，升溫后電導(dǎo)率變化明顯。氣敏電阻工作時(shí)必須加熱到200300，其目的是加速被測(cè)氣體的化學(xué)吸附和電離的過程，并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用

27、）。,提高對(duì)某些氣體成分的選擇性和靈敏度的方法：（1）滲入微量的鉑、銀、金等元素；（2）使用金屬鹽類催化劑。,氣敏電阻的靈敏度與溫度的關(guān)系 （電導(dǎo)率的變化所引起的負(fù)載上得到的電壓）,（一）氧化錫系氣敏電阻 該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加, 在100300范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。,二、常用氣敏電阻,直熱式,旁熱式,旁熱式,（二）氧化鋅系氣敏電阻：屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體，通過摻雜而獲得不同氣體的選擇性，如摻鉑可對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等氣體敏感，而摻鈀則對(duì)氫、一氧化碳、甲烷、煙霧等有較高的靈敏度。,（三）氧化鐵系氣敏電阻：當(dāng)與還原性氣體接觸時(shí)，轉(zhuǎn)化為 四氧化三鐵，電阻率迅速降低，對(duì)烷類氣體特

28、別靈敏。,表2-4 幾種國(guó)產(chǎn)氣敏電阻的主要特性,在圖中，氣敏電阻在被測(cè)氣體濃度較低時(shí)有較大的電阻變化，而當(dāng)被測(cè)氣體濃度較大時(shí)，其電阻率的變化逐漸趨緩，有較大的非線性。 這種特性較適用于氣體的微量檢漏、濃度檢測(cè)或超限報(bào)警，被廣泛用于煤炭、石油、化工、家居等各種領(lǐng)域。,觀 察 和 分 析,部分氣敏電阻外形,酒精傳感器,酒精傳感器技術(shù)指標(biāo),工作電壓 DC3V（2A5電池）；工作電流 120mA； 使用環(huán)境 溫度： 045； 相對(duì)濕度：95%RH ；預(yù)熱時(shí)間 10秒（初次預(yù)熱18秒）；測(cè)試時(shí)間 8秒；測(cè)量范圍 0.001.00mg/L； 報(bào)警濃度 0.24mg/L；準(zhǔn)確度 10% F.S,酒后駕車測(cè)試儀散件,呼氣管,家庭用煤氣報(bào)警器,家庭用液化氣報(bào)警器,一氧化碳傳感器,其他氣體傳感器,NH3傳感器,煤礦瓦斯報(bào)警器,汽車尾氣分析,有毒氣體傳感器的使用,三、氣敏電阻的應(yīng)用,音頻振蕩器,（二）礦燈瓦斯報(bào)警器,檢出瓦斯氣體時(shí)，氣敏電阻減小，瓦斯氣體超過設(shè)定點(diǎn)時(shí)，V1、V2導(dǎo)通，V3、V4振蕩，繼電器動(dòng)作，報(bào)警燈閃爍。,Q