传感器课件-2电阻传感器.ppt

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1、第二章第二章 电阻传感器电阻传感器 本章学习本章学习电阻式传感器的原理电阻式传感器的原理及应用，包括：及应用，包括：电阻应变片电阻应变片、测温测温热电阻热电阻、气敏电阻气敏电阻、湿敏电阻湿敏电阻及及磁磁敏电阻敏电阻、电位器电位器等等。2/26/20231第一节第一节 电阻应变传感器电阻应变传感器导体或半导体材料在导体或半导体材料在外界力外界力的作用的作用下，会下，会产生机械变形产生机械变形，其电阻值也将随，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为着发生变化，这种现象称为应变效应应变效应。电阻应变传感器主要由电阻应变传感器主要由电阻应变片电阻应变片及及测量转换电路测量转换电路等组成等组成。2/26

2、/20232一、一、应变原理演示应变原理演示 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l变长、变长、r变小，导致变小，导致R变大变大。2/26/20233二、应变片的工作原理二、应变片的工作原理设设有有一一长长度度为为、截截面面积积为为A、半半径径为为r、电电阻阻率率为为 的金属单丝，它的电阻值的金属单丝，它的电阻值R可表示为可表示为K电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度当当沿沿金金属属丝丝的的长长度度方方向向作作用用均均匀匀拉拉力力（或或压压力力）时时，上上式式中中、r、l都都将将发发生生变变化化，从从而而导导致致电电阻阻值值R发发生生变变化。化。当当金属丝受拉金属丝受拉时，时，l将变长将变长、r变小变

3、小，均导致，均导致R变大变大；某些某些半导体受拉半导体受拉时，时，将变大将变大，导致，导致R变大变大。电电阻阻丝丝及及应应变变片片的的电电阻阻相相对对变变化化量量 R R与与材材料料力力学学中的轴向应变中的轴向应变 x的关系在很大范围内是线性的，即的关系在很大范围内是线性的，即2/26/20234微应变微应变()对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，K K 略微不同，一般为略微不同，一般为2 2左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料，所以灵敏度比金属材料大大几十倍几十倍。

4、在在材材料料力力学学中中，x=l/l称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变，也也称称纵纵向向应应变变。x通通常常很很小小。例例如如，当当 x为为0.000001（10-6）时时，在在工工程程中中常常表表示示为为1 m/m或或1微微应应变变(1)。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好应变最好不要大于不要大于1 10-3，即，即1000 m/m，否则有可，否则有可能超过材料的极限强度而导致能超过材料的极限强度而导致非线性非线性或或断裂断裂。2/26/20235应变片用于测量力应变片用于测量力F的计算公式的计算公式由由材材料料力力学学可可知知，x

5、=F/(AE)，所所以以 R/R又可表示为又可表示为如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面和试件的横截面积积A以及弹性模量以及弹性模量均为已知，则只要设法均为已知，则只要设法测出测出 R/R的数值，即可获知试件受力的数值，即可获知试件受力的的大小，可用于大小，可用于电子秤电子秤的的称重称重等等。2/26/20236二、应变片的种类与结构二、应变片的种类与结构 应变片可分为应变片可分为金属应变片金属应变片及及半导体应变半导体应变片片两大类。两大类。金属丝式应变片金属丝式应变片蠕变较大蠕变较大，金属丝，金属丝易脱易脱胶胶，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片，逐渐被箔式所取代。但金属

6、丝式应变片价价格便宜格便宜，多用于，多用于大批量大批量、一次性试验一次性试验。箔箔式式应应变变片片中中的的箔箔栅栅是是金金属属箔箔通通过过光光刻刻、腐腐蚀蚀等等工工艺艺制制成成的的。箔箔式式应应变变片片与与片片基基的的接接触触面面积积大大得得多多，散散热热条条件件较较好好，在在长长时时间间测测量量时时的的蠕蠕变变较较小小，一一致致性性较较好好，目目前前广广泛泛用用于于各各种种应变式传感器中。应变式传感器中。2/26/20237金属丝式应变片的金属丝式应变片的结构结构2/26/20238半导体应变片半导体应变片 半导体应变片的主要优点是灵敏度高；缺半导体应变片的主要优点是灵敏度高；缺点是：灵敏度

7、的一致性差、温漂大、电阻与点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。应变间非线性严重。在使用时，需采用温度补偿及非线性补在使用时，需采用温度补偿及非线性补偿措施。偿措施。2/26/20239箔式应变片的外形箔式应变片的外形2/26/202310应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是上表中，哪几个型号是半导体应变片半导体应变片？依据是什么？依据是什么？2/26/202311应变片的粘贴：应变片的粘贴：1.去污：采用去污：采用手持砂轮工具除去手持砂轮工具除去构件表面的油污、构件表面的油污、漆、锈斑等，并用漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纱布交叉打磨出细纹

8、以增加粘贴力细纹以增加粘贴力，用浸有酒精或丙，用浸有酒精或丙酮的纱布片或脱脂酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。棉球擦洗。2/26/2023122.2.贴片：在应变贴片：在应变片的表面和处理过的片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片放上用镊子将应变片放上去，并调好位置，然去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出手指揉和滚压，排出下面的气泡下面的气泡 。2/26/2023133.测量测量：从：从分开的端子处，分开的端子处，预先用万用表测预先用万用表测量应变片的电阻，量应变片的电阻，发现端子折断和发现端子折断和坏的

9、应变片。坏的应变片。2/26/2023144.焊接：焊接：将引线和端将引线和端子用烙铁焊接起子用烙铁焊接起来，注意不要把来，注意不要把端子扯断。端子扯断。2/26/2023155.固定：固定：焊接后用胶焊接后用胶布将引线和布将引线和被测对象固被测对象固定在一起，定在一起，防止损坏引防止损坏引线和应变片。线和应变片。2/26/202316三、测量转换电路三、测量转换电路不平衡电桥不平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小，如果金属应变片的电阻变化范围很小，如果直直接用欧姆表测量接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，其电阻值的变化将十分困难，且且误差很大误差很大。例例：金属箔式应变片的标称阻值金属

10、箔式应变片的标称阻值R R0 0为为100100，灵敏度灵敏度K K=2=2，粘贴在横截面积为，粘贴在横截面积为9.8mm9.8mm2 2的钢质圆的钢质圆柱体上，钢的弹性模量柱体上，钢的弹性模量E E=2=2 10101111N/mN/m2 2，所受拉，所受拉力力F F=0.2t=0.2t，受拉后应变片的阻值，受拉后应变片的阻值R R 的变化量仅的变化量仅为为0.20.2。所以必须使用所以必须使用不平衡电桥不平衡电桥来测量这一微小来测量这一微小的变化量，的变化量，将将 R/R转换为转换为输出电压输出电压Uo。2/26/202317三、测量转换电路三、测量转换电路不平衡电桥不平衡电桥 由由电工学

11、电工学知识知识可知：可知：若桥路若桥路4个桥臂个桥臂相邻电阻的电阻相邻电阻的电阻值值变化趋势相反变化趋势相反，桥路的输出电压桥路的输出电压反而反而相互叠加。相互叠加。2/26/202318电桥平衡的条件电桥平衡的条件：R1/R2=R4/R3调节调节R RP P ，最终可以，最终可以使使R R1 1/R R2 2=R R4 4/R R3 3（R R1 1、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并联并联R RP P后的后的等效电阻）等效电阻），电桥趋于，电桥趋于平衡，平衡，U Uo o被预调到零位，被预调到零位，这一过程称为这一过程称为调零调零。图。图中的中的R R5 5是用于减小调节是用于

12、减小调节范围的范围的限流电阻限流电阻。2/26/202319单臂电桥单臂电桥单臂半桥的单臂半桥的灵敏度最低。灵敏度最低。计算公式计算公式2/26/202320双臂电桥双臂电桥 R1、R2为应变为应变片片，R3、R4为固定为固定电阻电阻。应变片。应变片R1、R2感受到的应变感受到的应变 1、2以及以及产生的电阻增产生的电阻增量量正负号相间正负号相间，可以，可以使使输出电压输出电压Uo成倍地成倍地增大增大。计算公式计算公式2/26/202321四臂全桥四臂全桥 全桥的四个桥臂都为全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件应变片，如果设法使试件受力后，应变片受力后，应变片R1R4产产生的电阻增量（或感

13、受到生的电阻增量（或感受到的应变的应变 1 4）正负号相间正负号相间，就可以就可以使输出电压使输出电压Uo成倍成倍地增大地增大。上述三种工作方式中，上述三种工作方式中，哪一种灵敏度最高哪一种灵敏度最高?哪一种灵敏度最低哪一种灵敏度最低?计算公式计算公式2/26/202322全桥的温度补偿原理全桥的温度补偿原理 当环境温度升高当环境温度升高时，桥臂上的应变片时，桥臂上的应变片温度温度同时升高同时升高，温度，温度引起的电阻值引起的电阻值漂移数漂移数值一致值一致，可以，可以相互抵相互抵消消，所以，所以全桥的温漂全桥的温漂最小最小；请说出；请说出半桥克半桥克服温漂的原理服温漂的原理！采用全桥（或采用全

14、桥（或双臂半桥）能实现双臂半桥）能实现温度温度自补偿自补偿。2/26/202323四、应变效应的应用四、应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类：电阻应变片的应用可分为两大类：第一类第一类是将应变片是将应变片粘贴于某些弹性体上，粘贴于某些弹性体上，并将其接到并将其接到测量转换电路，这样就构成测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的测量各种物理量的专用应变式传感器专用应变式传感器。应变式传感器应变式传感器中，敏感元中，敏感元件一般为件一般为各种弹性体各种弹性体。传感元件传感元件就是就是应变片应变片，测量转换电路测量转换电路一般为一般为桥路桥路；第二类第二类是将应变片是将应变片贴于被测试件上贴

15、于被测试件上，然后，然后将其接到将其接到应变仪应变仪上就可直接上就可直接从应变仪上读取被从应变仪上读取被测试件的应变量测试件的应变量。2/26/202324应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器型力传感器 FFFF2/26/202325各种悬臂梁各种悬臂梁 2/26/202326各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆2/26/202327应变片在悬臂梁上的粘贴及变形应变片在悬臂梁上的粘贴及变形 2/26/202328应变式荷重传感器的外形及应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变片的粘贴位置FR1R2 R42/26/202329应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式

16、荷重传感器外形及受力位置（续）FF2/26/202330应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF2/26/202331荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示贴在荷贴在荷重传感器表面重传感器表面的应变片在向的应变片在向下力的作用下下力的作用下产生变形。产生变形。轴轴向变短向变短，径向径向变长变长。2/26/202332汽车衡汽车衡测量测量装货量装货量或或判断超载判断超载2/26/202333汽车衡汽车衡称重系统称重系统（参考（参考北京远亚兴业商贸有限公司资料）2/26/202334荷重传感器计算公式荷重传感器计算公式 当当KF 为常数时，桥路所加的激励源电压为常

17、数时，桥路所加的激励源电压Ui越高，满量程输出电压越高，满量程输出电压Uom也越高。也越高。思考：综合考虑灵敏度与功耗、发思考：综合考虑灵敏度与功耗、发热等因数，热等因数，Ui的取值范围多少为好？的取值范围多少为好？2/26/202335荷重传感器应用估算荷重传感器应用估算 例例现现用用某某荷荷重重传传感感器器称称重重。当当桥桥路路电电压压Ui为为6V时时，测得桥路的输出电压测得桥路的输出电压Uo为为8mV，求被测荷重为多少吨。，求被测荷重为多少吨。解解从该荷重传感器铭牌上得到从该荷重传感器铭牌上得到Fm=100 103N，KF=2mV/V，可计算得到可计算得到Uom=12mV。根据上述公式。

18、根据上述公式计算得被测荷重：计算得被测荷重：2/26/202336荷重传感器用于构件荷重传感器用于构件的称重的称重 荷重传感器荷重传感器（共（共3个，个，120度分布，以达到度分布，以达到均衡目的，另两个未拍出）均衡目的，另两个未拍出）底座底座垫块垫块电缆电缆2/26/202337电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示2/26/202338电子天平电子天平电子天平的精度电子天平的精度可达十万分之一可达十万分之一2/26/202339应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，

19、准确控制燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的紧固螺栓的装配扭矩装配扭矩。量程。量程2500Nm，耗电，耗电量量10mA，有公制，有公制/英制单位转换、峰值保持、英制单位转换、峰值保持、自动断电等功能。自动断电等功能。2/26/202340应变式数显扭应变式数显扭矩扳手（续）矩扳手（续）2/26/202341压阻式固态压力传感器压阻式固态压力传感器利用扩散工艺制作的利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于四个半导体应变电阻处于同一硅片上，同一硅片上，工艺一致性工艺一致性好好，灵敏度相等灵敏度相等，漂移抵漂移抵消消，迟滞、蠕变非常小，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。动态响应快。2/26

20、/202342压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片隔离、承压隔离、承压膜膜片片可以将可以将腐蚀性的腐蚀性的气体气体、液体液体与与硅膜硅膜片片隔离隔离开来。开来。2/26/202343小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气口高压进气口低压进气口低压进气口2/26/202344小型压阻式固态差压传感器（续）小型压阻式固态差压传感器（续）可用于呼吸、透析和注射泵等设备可用于呼吸、透析和注射泵等设备p1进气管进气管p2进气管进气管电缆引出电缆引出2/26/202345小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）表压压力传感器表压压力

21、传感器p1进气管进气管2/26/202346汽车子午线轮胎胎压的测量汽车子午线轮胎胎压的测量子午线轮胎子午线轮胎汽车胎压传感器汽车胎压传感器的安装的安装2/26/202347投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器的压阻式固态压力传感器的p1进气孔用进气孔用柔性柔性不锈钢隔离膜片隔离不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力。硅，并用硅油传导压力。硅杯杯不与液体相通，耐腐蚀不与液体相通，耐腐蚀。2/26/202348投入式液位计外形（续）投入式液位计外形（续）压阻式压阻式固态压力固态压力传感器传感器 与水位与水位成正比成正比的光柱的光柱 橡胶橡胶背压管背压管 进水孔进水孔2/26/202349

22、投入式液位传感器投入式液位传感器 投入式液位投入式液位传感器必须使用传感器必须使用安装支架，适应安装支架，适应于深度为于深度为几米几米至至几十米，且混几十米，且混有有大大量量污物、污物、杂质的水或其他杂质的水或其他液体的液位测量。液体的液位测量。2/26/202350投入式液位计液位的计算投入式液位计液位的计算：安装高度安装高度h0处水的表压处水的表压p1=gh1所以：所以：h=h0+h1=h0+p1/（g）例：液位计安装高度为例：液位计安装高度为1m，测得压力，测得压力为为98kPa，求水的，求水的深度深度h。2/26/202351材料应变的测量材料应变的测量斜拉桥上的斜拉绳斜拉桥上的斜拉绳

23、应变测试应变测试 2/26/202352材料应变的测量（续）材料应变的测量（续）预应力管桩的质量检验：预应力管桩的质量检验：工作人员正在贴应变片工作人员正在贴应变片 应变片粘贴在管桩上，应变片粘贴在管桩上，引出线应良好固定引出线应良好固定2/26/202353第二节第二节 测温热电阻传感器测温热电阻传感器一、金属热电阻一、金属热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧加剧，从而使金属内部的，从而使金属内部的自由电子通过金自由电子通过金属导体时的阻碍增大属导体时的阻碍增大，宏观上表现出，宏观上表现出电阻电阻率变大，电阻值增加率变大，电阻值增加，我们称其为，我们称

24、其为正温度正温度系数，即系数，即电阻值与温度的变化趋势相同电阻值与温度的变化趋势相同。测温热电阻可分为测温热电阻可分为金属金属和和半导体半导体两大类。两大类。2/26/202354取一只取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为定热态电阻值应为484。请说明钨丝的温度系数的正负。请说明钨丝的温度系数的正负。2/26/202355易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻 请挑选适合于制作热电阻的金属材料请

25、挑选适合于制作热电阻的金属材料2/26/202356金属热电阻材料的主要技术性能金属热电阻材料的主要技术性能 2/26/202357薄膜式及装配式铂热电阻薄膜式及装配式铂热电阻 2/26/202358小型铂热电阻小型铂热电阻 2/26/202359防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 坚实的外壳起坚实的外壳起“隔爆隔爆”作作用用2/26/202360汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻2/26/202361学习查学习查“铂热电阻分度表铂热电阻分度表”1.Pt100在在40时为多少欧？时为多少欧？2.铂热电阻是否铂热电阻是否线性？线性？2/26/202362二、热敏电阻二、

26、热敏电阻热敏电阻有负温度系数（热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度）和正温度系数（系数（PTC）之分。）之分。NTC又可分为两大类：又可分为两大类：第一类的第一类的电阻值与温度电阻值与温度之间呈之间呈严格的负指严格的负指数关系，因此可用于测量温度：数关系，因此可用于测量温度：第二类为突变型（第二类为突变型（CTR）。当温度上升）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于，可用于控制温度控制温度。2/26/202363热敏电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号 a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠

27、型）珠型热敏电阻热敏电阻 d d）铠装型）铠装型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号11热敏电阻热敏电阻 2 2玻璃外壳玻璃外壳 3 3引出线引出线 44紫铜外壳紫铜外壳 5 5传热安装孔传热安装孔2/26/202364PTC热敏电阻热敏电阻PTC热敏电阻属于临界温度型（热敏电阻属于临界温度型（CTR）。）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。大功率可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。大功率PTC还可用作暖风机中的加热元件。还可用作暖风机中的加热元件。恒温加热恒温加热PTC热敏电阻热敏电阻2/26/

28、202365下图所示的恒温加热下图所示的恒温加热PTC热敏电阻的热敏电阻的温度将温度将恒定在多少度范围恒定在多少度范围？为什么？为什么？加热电流加热电流约为多约为多少少A？将暖风机的将暖风机的“风风量量”加大后，加大后，PTC的的温度为什温度为什么不会下降么不会下降？加加热功率如何变化热功率如何变化？2/26/202366下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？2/26/202367热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型型 NTC热敏电热敏电阻阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻2/26/202368其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃

29、封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58型热敏电阻型热敏电阻2/26/202369其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻2/26/202370其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻2/26/202371热敏电阻温度面板表热敏电阻温度面板表 热敏电阻热敏电阻 LCD2/26/202372热敏电阻体温表热敏电阻体温表 2/26/202373热敏电阻体温表的调试、标定方法热敏电阻体温表的调试、标定方法 调试时，调试时，应该先调应该先调哪一哪一只电位器只电位器，再，再调调哪一只电位哪一只电位器

30、？器？如何检验如何检验表面刻度中其表面刻度中其他各点是否准他各点是否准确？具体步骤确？具体步骤如何进行？如何进行？2/26/202374热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）2/26/202375热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 2/26/202376第三节第三节 气敏电阻气敏电阻 气气敏敏电电阻阻品品种种繁繁多多，主主要要有有可可测测量量还还原原性性气体和测量氧气浓度的两大类。气体和测量氧气浓度的两大类。气敏电阻可以把某种气体的气敏电阻可以把某种气体的成分成分、浓度浓度等参数转等参数转换成换成电阻变化量

31、电阻变化量，再转换为，再转换为电流、电压电流、电压信号。信号。2/26/202377一、还原性气体传感器一、还原性气体传感器在在化化学学反反应应中中，还还原原性性气气体体是是给给出出电电子子还还是是得到电子？得到电子？还还原原性性气气体体多多数数属属于于可可燃燃性性气气体体，例例如如石石油油蒸蒸气气、酒酒精精蒸蒸气气、甲甲烷烷、乙乙烷烷、煤煤气气、天天然然气气、氢气等。氢气等。测量还原性气体的气敏电阻一般是用测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或或Fe2O3等金属氧化物粉料烧结而成的半导体等金属氧化物粉料烧结而成的半导体器件。器件。2/26/202378MQNMQN型气敏电阻结构及

32、测量电路型气敏电阻结构及测量电路 a a）气敏）气敏烧结烧结体体 b b）气敏）气敏电电阻外形阻外形 c c）基本）基本测测量量电电路路 1 1引脚引脚 2 2塑塑料底座料底座 3 3烧结烧结体体 4 4不锈钢网不锈钢网罩罩 5 5加热电极加热电极 6 6工作电极工作电极 7 7加热电源加热电源 8 8测量电源测量电源2/26/202379MQN型型气气敏敏半半导导体体器器件件的的烧烧结结体体中中，有有两两组组铂铂丝丝。一一组组铂铂丝丝为为测测量量电电极极，另另一一组组（上上图图中中的的左左边边铂铂丝丝）为为加加热热电电极极兼兼测测量量电电极。极。气敏电阻工作时必须加热到气敏电阻工作时必须加热

33、到200 300，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作用）。用）。2/26/202380气敏电阻外形气敏电阻外形 酒精传感器酒精传感器其他可燃性其他可燃性气体传感器气体传感器2/26/202381酒精测试仪酒精测试仪呼气管呼气管2/26/202382气敏电阻的选择性气敏电阻的选择性2/26/202383气敏半导体的灵敏度特性曲线气敏半导体的灵敏度特性曲线观察右图这观察右图这些曲线，有何些曲线，有何特特点点？可以得出哪？可以得出哪些启示？些启示？请说明非线性请说明非线性特性对特性对

34、浓度超限浓度超限报警报警是否有利，是否有利，为什么？为什么？2/26/202384家庭用煤气报警器家庭用煤气报警器2/26/202385家庭用液化气家庭用液化气报警器报警器2/26/202386一氧化碳传感器一氧化碳传感器2/26/202387其他气体传感器其他气体传感器NH3传感器传感器煤矿瓦斯报警器煤矿瓦斯报警器2/26/202388二、二氧化钛氧浓度传感器二、二氧化钛氧浓度传感器 半导体材料二氧化钛（半导体材料二氧化钛（TiO2）属于）属于N型型半导体，半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。氧气浓度。当周围氧气浓度较

35、大时，氧原子进入二氧当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。用用于于汽汽车车或或燃燃烧烧炉炉排排放放气气体体中中的的氧氧浓浓度度传传感感器器结结构构图图及及测测量量转转换换电电路路。二二氧氧化化钛钛气气敏敏电电阻阻与与补补偿偿热热敏敏电电阻阻同同处处于于陶陶瓷瓷绝绝缘缘体体的的末末端端。当当氧氧气气含含量量减减小小时时，RTiO2的阻值减小，的阻值减小，Uo增大增大。与与TiO2气敏电阻串联的热敏电阻气敏电阻串联的热敏电阻Rt 起温度补偿作起温度补偿作用用。当环境温度升高时，。当环境温度升高时，TiO2

36、气敏电阻的阻值会逐渐气敏电阻的阻值会逐渐减小，只要减小，只要Rt也以同样的比例减小，根据分压比定律，也以同样的比例减小，根据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。不受温度影响，减小了测量误差。2/26/202389 TiO TiO2 2氧浓度传感器结构及测量转换电路氧浓度传感器结构及测量转换电路a a）结构）结构 b b）测量转换电路）测量转换电路1 1外壳（接地）外壳（接地）2 2安装螺栓安装螺栓 3 3搭铁线搭铁线4 4保护管保护管 55补偿电阻补偿电阻 6 6陶瓷片陶瓷片 7 7TiOTiO2 2氧敏电阻氧敏电阻 8 8进气口进气口 9 9引脚引脚2/26/202390氧浓度传感

37、器外形氧浓度传感器外形 可用于汽车可用于汽车尾气测量尾气测量2/26/202391汽车尾气分析汽车尾气分析2/26/202392有毒气体传感器的使用有毒气体传感器的使用2/26/202393第四节第四节 湿敏电阻湿敏电阻 绝对湿度绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每：是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的一立方米大气中所含水汽的质量质量(克数克数)。相对湿度（相对湿度（RH）：是大气中实有水汽：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽压的压与当时温度下饱和水汽压的百分比百分比，是日常，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法。当相对湿生活中常用来表示湿度大小的方法。当相对湿度达度达100

38、%100%时，称饱和状态。时，称饱和状态。湿敏电阻的原理：湿敏电阻的原理：水分子极易吸附于固体水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值表面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值降低，降低，因此可以利用因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料吸湿材料制作湿敏电阻。制作湿敏电阻。2/26/202394湿度传感器的分类湿度传感器的分类 2/26/202395湿度对电子元件的影响湿度对电子元件的影响当环境的相对湿度增大时，物体表面就当环境的相对湿度增大时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅降低了绝缘强度，还会

39、造成漏电、击穿和短降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。起有机材料的霉烂。2/26/202396露点露点降低温度降低温度会产生结露现会产生结露现象。露点与农象。露点与农作物的生长有作物的生长有很大关系，结很大关系，结露也严重影响露也严重影响电子仪器的正电子仪器的正常工作，必须常工作，必须予以注意。予以注意。测量露点的仪器测量露点的仪器2/26/202397露点传感器外形露点传感器外形2/26/202398电子式电子式温湿度计温湿度计2/26/202399机械机械式、式、电子式电子式温湿度计对比温湿度计

40、对比2/26/2023100陶瓷湿度传感器特性曲线陶瓷湿度传感器特性曲线陶瓷湿度陶瓷湿度传感器特性曲传感器特性曲线采用对数坐线采用对数坐标有何意义？标有何意义？其电阻率变化其电阻率变化约有多少个数约有多少个数量级？量级？温度升高，灵温度升高，灵敏度如何变化？敏度如何变化？2/26/2023101第五节第五节 磁敏电阻磁敏电阻 半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。制成的元件称为磁敏电阻。a）未受磁场影响时的电流分布）未受磁场影响时的电流分布b）受洛化兹力时的

41、电流分布）受洛化兹力时的电流分布c）图形符号）图形符号2/26/2023102磁敏传感器外形磁敏传感器外形 2/26/2023103二、磁敏电阻的参数和特性二、磁敏电阻的参数和特性 1磁阻特性磁阻特性2/26/2023104第五节第五节 磁敏电阻磁敏电阻 2温度补偿温度补偿 2/26/2023105三、磁敏电阻的应用三、磁敏电阻的应用 1数字高斯计数字高斯计2/26/20231062 2磁阻磁阻ICIC用于转速测量用于转速测量n60(f/z)2/26/2023107磁阻磁阻IC用于转速测量用于转速测量 磁力线集中磁力线集中磁力线分散磁力线分散2/26/2023108磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用

42、 磁敏电阻可用于磁敏电阻可用于测量地球磁场的方向测量地球磁场的方向及强度的变化。及强度的变化。指南针只能指示指南针只能指示地球磁场的方向。地球磁场的方向。2/26/2023109磁阻式电子罗盘磁阻式电子罗盘 2/26/2023110磁敏电阻磁敏电阻IC及其应用及其应用 线性磁阻位置传感器线性磁阻位置传感器2/26/2023111磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 根据铁磁根据铁磁物体对地磁的物体对地磁的扰动，可检测扰动，可检测车辆的存在，车辆的存在，可用于包括自可用于包括自动开门，路况动开门，路况监测，停车场监测，停车场检测，车辆位检测，车辆位置监测，红绿置监测，红绿灯控制等。灯控制等。2/26/2023112利用磁敏电阻制作小型探矿仪利用磁敏电阻制作小型探矿仪（磁力仪）（磁力仪）磁敏电阻磁敏电阻（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯封装）封装）磁力磁力 探矿仪探矿仪的使用的使用2/26/2023113磁阻磁阻IC用于笔式验钞器用于笔式验钞器 验钞笔顺着纸币上的验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描磁性防伪线扫描 2/26/2023114