传感器与智能检测技术8

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1、传感器与智能检测技术第八章磁场与成分参数检测8.1磁敏传感器磁敏二极管和磁敏三极管一、磁敏二极管1.结构I为高阻半导体，形成P-I-N结2磁敏传感器2、工作原理（1）电子—空穴复合原理：光滑面合少，粗糙面复合多r面+（2）当H＝0，通过I区形成电流P+N——少量复合I（3）当H＋≠0，由于F的作用，r面+电子与空穴偏向r区迅速复P+NI合，电流减小。+H3磁敏传感器r面（4）当H－≠0，由于F的作用，P++N电子与空穴偏向I区，复合I减小，电流变大。H-H电流的大小受磁场的控制，从而实现磁电转换。3、磁电特性即磁敏二极管输出的电压变化与外加磁场的关系a单只使用：正向磁灵敏度>反向b

2、互补使用：正、反向磁灵敏度曲线对称4磁敏传感器ΔU+（V）1.61.42.011.60.61.20.2-2-1.5-1-0.5O0.511.620.8020.2B(0B(01T).1T)0.40.6ΔU-（V）-1.51.5O1-2.0-1.00.52.00.40.81.41.61.2（a）(b)1）灵敏度高，比霍尔元件高几百乃至上千特倍，线路简单，成本低适宜测弱磁场；点2）具有正反磁灵敏度，可用作无触点开关；5磁敏传感器不足与霍尔元件比较，线性范围窄。同样受温度之处影响大，在使用时需进行温度补偿。二、磁敏三极管1、工作原理c未加磁场时：y+复合基区N+基区宽度>载流子有效扩展宽度

3、PbIc输运基区x<1+NrIbe6磁敏传感器yc++HN+受到正向磁场作用:PbIcx+Nreyc--N+H受到反向磁场作用：+PbIcx+Nre利用磁场H＋（或H－）的作用下，I出现明显变化，C以此测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。7磁敏传感器2.特性：磁电特性：在弱磁场作用下，接近一条直线。8磁敏传感器伏安特性特点：与磁敏二极管比较，有更高的灵敏度，但在使用时同样需要进行温度补偿，通常接成差分互补电路。9磁敏传感器E温度引起的集电极电流漂移cImAeVm方¾正温度系数的普通硅V1I三极管e案ReμA¾负温度系数的磁敏三一极管10磁敏传感器方案二ER=2.5WRPU¾利用锗

4、磁敏二极管随0Vm温度升高而电流增加¾磁敏三极管温漂所引E起的电流下降方案三VmVm12¾磁极性相反的磁敏RP1RPRR2三极管LL¾差分电路118.2磁场测量¢电磁感应法测量磁场ß冲击法ß磁通表法¢磁通门磁强计测量磁场¢霍尔效应测量磁场¢核磁共振法测量磁场128.3气体成分检测¢导热式气体分析仪¢热磁式气体分析仪¢红外线气体分析仪138.4气敏传感器利用半导体与气体接触后其特性发生变化的机理，把被测气体的成分浓度等信息转换为电信号，由气敏元件与测量电路组成，气敏元件有表面控制型和体控制型，以物理特性分电阻型和非电阻型等。用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、

5、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制,气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。14气敏传感器材料：利用陶瓷工艺制成的金属氧化物的半导体材料。简称半导瓷。结构：⑴烧结型元件制作简单，是一种最普通的结构形式15气敏传感器⑵薄膜型元件元件差异性大石英16气敏传感器⑶厚膜型元件特性好、成本低、可批量生产。一、气敏电阻（电阻型）1.工作原理（表面控制型）被测气体使半导体载流子增多或减少而引起半导体电阻率变化。17气敏传感器以半导体陶瓷材料（SnO）为例，N型半导体2①先在大气中加热阻值急剧下降，后上升，达到稳定。②通过被测气体氧化性气体（O，NO）2X

6、吸取元件中电子，稳定使电阻值增加。元件加热状态Ωk100氧化性气体/③还原性气体（H，CO）R2阻向元件释放电子，50电使电阻值下降。件还原性气体元524大气中被测气体中时间t/min18气敏传感器2.测量电路QM-N50～10v直流电源供电直流稳UH压电源测出电阻的变化RLUURURLU=CLCRLR+RLsR—负载电阻的电阻值LR—气敏电阻的电阻值SU—测试回路供电电压CU—加热回路供电电压H19气敏传感器交流电源供电交流电源URLURL供电UC测出电阻的变化HURCLU=RLR+RLsR—负载电阻的电阻值LR—气敏电阻的电阻值SU—测试回路供电电压CU—加热回路供电电压H20

7、气敏传感器气敏电阻测量电路加热器S2RP4RPRP调整加热电流4：RR1XRP和RP电桥零点32：x的粗调和微调气敏元件↑MRP表头灵敏度的调RRP1：2RP23节电阻RP1SE1二、非电阻型气敏器件利用MOS二极管管容的电容—电压特性的变化以及MOSFET的阀值电压的变化等特性而制成的气敏元件。21气敏传感器1.MOS二极管气敏元件C固定不变，C是外加电压的函数。aS由于钯P对氢气特别敏感，当吸附H以后，使d2P的功数降低，导致MOS管的C-V特性向负偏压方向d平移