传感与检测技术刘传玺第3章节型传感器

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1、第三章新型传感器第一节气敏传感器第二节湿敏传感器第三节感应同步器第四节磁栅式传感器第五节光栅传感器第六节光电式传感器第七节光纤传感器第八节超声波传感器第九节红外传感器第十节图像传感器第十一节传感器的智能化与微型化7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/第一节气敏传感器气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合电位型气敏传感器等多种类型。其中实际使用最多的是半导体气敏传感器。一、电阻型半导体气敏传感器的结构制作气敏电阻的材料主要有二氧化锡（SnO

2、2）等金属氧化物半导体，取材和掺杂不同决定了气敏电阻的类型，常用的气敏电阻有P型、N型和混合型三种。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/它们的典型结构如图3-1所示。图3-1半导体气体传感器的结构（a）烧结型气敏元件；（b）薄膜型气敏元件；（c）厚膜型气敏元件7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/由于加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热式和旁热式气敏元件。直热式气敏元件的结构及符号如图3-2所示。这类器件制造工艺简单、成本低、功耗小，可

3、以在高电压回路下使用，但热容量小，易受环境气流的影响，测量回路和加热回路间没有隔离而相互影响。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/旁热式气敏元件的结构及符号如图3-3所示，它的特点是将加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂上SnO2等材料。旁热式结构的气敏传感器克服了直热式结构的缺点，使测量极和加热极分离，而且加热丝不与气敏材料接触，避免了测量回路和加热回路的相互影响，元件热容量大，降低了环境温度对元件加热温度的影响，所以这类结构的元件稳定性、可靠性都较

4、直热式元件好7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/二、电阻型半导体气敏传感器工作原理图3-4为气体吸附到N型半导体时所产生的气敏元件阻值变化情况。根据图示的特性，就可以从阻值变化情况确定吸附气体的种类和浓度。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/三、气敏传感器的应用（一）袖珍瓦斯报警器这是一种携带方便的瓦斯报警器，它可以直接安装在煤矿工人的矿帽内（或头灯里）。当井下瓦斯超限时，能发出响亮的警笛声，防止严重隐患事故的发生。7/21/2021尚辅网htt

5、p://shangfuwang.com/（二）带排风的煤气报警器这是一个实用的室内气控报警器，在对有害气体超浓度报警的同时，可自动开启换气扇，及时排除有害气体，防止灾害或事故发生。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/（三）烟雾报警器电路由电源、检测、定时报警输出三部分组成。电源部分将220V电经变压器降至15V，由VD1～VD4组成的桥式整流电路整流并经C2滤波成直流。三端稳压器7810供给烟雾检测器件（HQ-2）和运算放大器IC1、IC210V直流电源以工作，三端稳压器7805

6、供给5V电压以加热。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/第二节湿敏传感器一、陶瓷电阻式湿度传感器图3-7是陶瓷电阻式湿度传感器的结构、外形及测量转换电路框图，它主要用于测量空气的相对湿度。陶瓷电阻式湿度传感器的核心部分是用铬酸镁-氧化钛（MgCr2O4-TiO2）等金属氧化物以高温烧结的工艺制成的多孔陶瓷半导体。它的气孔率高达25%以上，具有1μm以下的细孔分布。与日常生活中常用的结构致密的陶瓷相比，其接触空气的表面显著增大，所以水蒸气极易被吸附于其表层及孔隙之中，使其电导率下降

7、。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/图3-7陶瓷电阻式湿度传感器结构、外形及测量转换电路框图(a)多孔湿敏陶瓷(b)湿度传感器(c)外形(d)输入输出特性(e)测量电路框图7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/二、陶瓷电容式湿度传感器（一）结构陶瓷电容式湿度传感器由多孔氧化铝感湿膜、铝基片和金电极等构成，其结构如图3-8所示。（二）工作原理陶瓷电容式湿度传感器基于单元气孔的平行板电容器效应，利用器件的电容随环境湿度的变化而变化的原理制成。7/21

8、/2021尚辅网http://shangfuwang.com/（三）陶瓷电容式湿度传感器的特性Al2O3薄膜组成的陶瓷电容式湿度传感器在气孔中有一定水汽吸附时，随着环境湿度的变化，膜电阻和膜电容都将改变，其特性曲线如图3-9所示。7/21/2021尚辅网http://shangfuwang.com/三、湿敏电阻传感器的应用（一）高湿度显示器图3-10所示是高湿度显示器电路