《常用传感器》ppt课件

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1、§4.7半导体传感器半导体的重要特性对光、热、力、气体、湿度等物理量具有敏感性。利用半导体材料的这些特性使其成为非电量电测的转换元件，是近代半导体技术应用的一个重要方面。半导体传感器的优点1、结构简单、体积小、重量轻。2、功耗低、安全可靠、寿命长。3、对被测量敏感、响应快4、易于实现集成化。一、磁敏传感器磁敏传感器利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种传感器。利用半导体材料的磁敏特性来工作的传感器1、霍尔元件2、磁阻元件。3、磁敏管1、霍尔元件霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器。它可

2、以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。霍尔效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。+I+++++++++++－－－－－－ＢlwdVH当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。产生霍尔效应的原理：电子在磁场中运动受磁场力（洛仑兹力）的作用而产生偏转运动，向垂直于磁场方向与电流方向的侧面聚集。在一侧面形成负电荷累积的同时，另一侧面形成正电荷的累积。两端面间建立起霍尔电场。电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，当它们达

3、到平衡时，就形成了稳定的霍尔电压。若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，这时的霍尔电势为式中KB为霍尔常数，取决于材质、温度和元件尺寸B为磁感应强度a为电流与磁场方向的夹角近年生产的锑化铟薄膜霍尔元件是用镀膜法制造的，其厚度约为0.2mm，用于极窄缝隙中的磁场测量。霍耳器件片a)实际结构(mm)；(b)简化结构dsl2.15.42.7AB0.20.50.3CDw电流极霍耳电极线性型三端霍尔集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个

4、芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。霍尔元件的应用：测量磁场将霍尔传感器置于待测磁场中，控制电极两端通以恒定电流，则其输出电压就反映了磁场的大小，可用电位差计进行输出显示。测量位移将霍尔元件置于梯度磁场中，保持控制极电流不变，则当元件沿磁场梯度方向有位移时，元件输出端有霍尔电压输出。测量压力测量电流可在不断电的情况下，用霍尔钳形电流表测量电动机的相电流2、磁阻元件是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件，也称MR元件。它的理论基础为磁阻效应。磁阻效应：若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场，则其电阻值

5、就增加。称此种现象为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。磁阻元件可用于位移、力、加速度等参数的测量。磁阻IC用于笔式验钞器验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描3、磁敏管磁敏二极管、三极管是继霍耳元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍耳元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。二、热敏传感器热敏电阻是一种半导体温度传感器，它利用半导体材料的电阻随温度显著变化这一特性制成的感温元件。它是由某些金属氧化物按一定的配方比例压制烧结而

6、成。在某一温度范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知道被测介质的温度变化。热敏电阻是非线性电阻，它的非线性特性表现在其电阻值与温度间呈指数关系。式中R为温度T时的电阻R0为温度T0时的电阻β为材料的特征常数半导体热敏电阻与金属电阻相比具有下述优点：灵敏度高，可测0.001～0.005°C的微小温度变化。热敏电阻元件可制作成珠状、杆状和片状。即使长距离测量，导线的电阻影响也可以不考虑。热敏电阻具有良好的稳定性。三、气敏传感器气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。其材料是金属氧化物，使用气敏电阻传感器，可以把某种气体的成分、浓

7、度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压信号。工作原理：当气敏元件吸附了被测气体时，其点导率发生了变化。当半导体气敏元件表面吸附气体分子时，由于二者相互接收电子的能力不同，产生了正离子和负离子吸附，引起表面能带弯曲，导致电导率变化。优点：在低浓度下对可燃气体和某些有毒气体检测灵敏度高，响应快，制造使用和保养方便、价格便宜等。用半导体气敏元件组成的气敏传感器工业上用于天然气、煤气、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。酒精传感器酒精测试仪呼气管家庭用煤气报

8、警器一氧化碳传感器汽车尾气分析四、湿敏传感器绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固