测试技术 第三章 常用传感器-半导体6

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1、3.7半导体传感器济南大学机械工程学院第三章常用传感器与敏感元件3.1概述3.2机械式传感器及仪器本章学习要求：3.3电阻式传感器1.了解传感器的分类3.4电容式传感器2.了解各种传感器的工作原理、测量电3.5电感式传感器路、特性和应用实例；根据被测物理量的特点较合理选用传感器。3.6压电式传感器3.7半导体传感器3.重点了解常用传感器的检测方法，关注其它传感检测方法（包括化工、生物3.7.1磁电转换元件传感器等领域），拓宽获取信息的思路。3.7.2光电转换元件3.8传感器的选用原则PDF文件使用"pdfFactoryPro

2、"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院特点：半导体传感器与前面介绍的传感器相比，有很多明显的特点：•物性型传感器；•结构简单、体积小、重量轻；•功耗低、安全可靠、寿命长；•响应快；•易于实现集成化；•输出一般是非线性的，需要采用线性化电路；•受温度影响大，须采用温度补偿措施；•性能参数分散性较大。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院3.7.1磁电转换元件传感器1)霍尔传感器霍尔传感器是利用霍

3、尔元件基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器。由于霍尔元件在静止状态下，具有感受磁场的独特能力，并且具有结构简单、体积小、噪声小、频率范围宽(从直流到微波)、动态范围大(输出电势变化范围可达1000:1)、寿命长等特点，因此获得了广泛应用。例如，在测量技术中用于将位移、力、加速度等量转换为电量的传感器；在计算技术中用于作加、减、乘、除、开方、乘方以及微积分等运算的运算器等。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院霍尔效应金属

4、或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。磁场和薄片法线U=KIBsinaHH霍尔常数，决定与材质、温度、元件尺寸，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍尔电势的大小PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图:霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为4mm×2mm×0.1mm)，在它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，称为控制电流端引线，通常

5、用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。霍尔组件的应用：测位移，微压，压差，加速度，振动等。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院应用①位移传感器右图是一种霍尔效应位移传感器工作原理。将霍尔元

6、件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场方向向下，从a端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势V，右半部产生霍尔电势V，其H1H2方向相反。因此，c、d两端电势为V－H1V。如果霍尔元件在初始位置时H2V=V，则输出为零；当改变磁极系统与H1H2霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院②测速传感器PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.finepr

7、int.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院③利用霍尔元件探测钢丝绳断丝PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院2)磁阻元件PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院3.7.2光电转换元件光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。1)光敏电阻光电导效应是指半导体材料受到光照时

8、会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强,阻值愈低,这种光照后电阻率发生变化的现象,称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建www.fineprint.cn3.7半导体传感器济南大学机械工程学院