材料科学与人类文明课件.ppt

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1、敏感材料第五组那么敏感材料是什么呢定义敏感材料是对电、光、声、力、热、磁、气体分布等场的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料（通常称之为第二代材料）。敏感元件是传感器的核心元件。敏感元件要求：灵敏度、稳定性和可靠性高，互换性和生产重复性好，在某些情况下还要求有高的响应速率。随着电子计算机和信息技术的迅速发展，敏感元件的重要性日益增大。分类敏感材料力敏材料热敏材料电压敏感材料磁敏材料离子敏感材料湿敏材料气敏材料光敏材料声敏材料1.根据被测参数的功能类型来划分敏感材料半导体敏感材料陶瓷敏感材料金属敏感材料有机高分子敏感材料光纤敏感

2、材料磁性敏感磁材料2.根据材料的结构类型来划分一、力敏材料压力敏感半导体材料是将压力转换为电信号的半导体材料。按其换能效应原理，可分为以下两种。1.压阻半导体材料：这类材料受外力作用时，产生晶格形变。晶格的距离改变，导致禁带宽度及载流子在电场下的运动状态发生变化，促使电阻率改变。2.压电半导体材料：这类材料的作用机理都基于压电效应。当外力作用到不具有对称中心的晶体上时，引起晶体中荷电质点位移，偏离平衡位置，使材料的正负电重心不重合而极化，晶体表面荷电。应用：力敏元件可用来测量压力、位移、扭矩、加速度、气压、气体流量等力学量。第一

3、阶段力敏传感器数字化，实现传输方式的数字化，同时解决传统产品抗干扰能力差的问题。第二阶段力敏传感器智能化，实现人—机交流，同时解决传统产品精度低、稳定性差的问题。第三阶段力敏化，实现工业远程集中控制，解决传统产品在工业控制中必须一次仪表+二次仪表配合，造成部分功能冗余的问题。其实质将计算机信息技术与传感器技术有机融合为一体，全面提升传感器数据传输功能和数据处理、判断功能。力敏传感器的智能化发展分三个阶段：压力传感器电路图力敏传感器在生活中的运用陶瓷温度传感器是利用陶瓷材料的电阻、磁性、介电、半导等物理性质随温度而变化的现象制成的

4、，其中电阻随温度变化显著的称为热敏电阻。对热敏电阻的基本特性要求包括有：①电阻率；②温度系数的符号与大小；③稳定性。按热敏电阻的温度特性可分为负温度系数热敏电阻（NTC），正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度电阻（CTR）3类。三、热敏材料热敏材料热敏传感器特点：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃;③体积小，能够测量其他温度计无法测量

5、的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。1）温度补偿：用于石英振荡器（2~3个NTC）2）抑制浪涌电流：用于控制开关电源、电机、变压器等在接通瞬时产生的大电流。3）温度检测用于热水器、空调、厨房设备、办公用品、汽车电控等。应用热敏材料电路图热敏材料二、磁敏材料磁敏半导体材料是将磁场强度转换成电信号的材料。按应用原理可分为以下两类。1.霍耳效应材料：当有均匀电流流过的半导体材料受到一垂直于电流方向的磁场作用时，因洛伦兹力作用，

6、产生一横向的电场。霍耳电压的大小与磁场强度成正比，依此可将磁场强度线性地转换为电压信号。要求材料具有高迁移率及薄层结构。2.磁电阻效应材料：当半导体中有均匀电流流过，并受垂直于电场方向的外界磁场作用时，因霍耳效应，电流偏离电场方向一个角度，使电流所经的路程变长。在电流方向，材料两端设置金属元件，电阻就增大。应用:利用磁场为媒介,磁敏元件可用于测量位移、振动、压力、角度、转数、速度、加速度、流量、电流、电功率等物理量。万用电表磁敏式测试传感器磁敏材料电路图六、气敏材料气敏陶瓷的电阻值将随所处环境的气氛而改变，其阻值随气体的浓度作有

7、规则的变化。常见的半导体气敏陶瓷有SnO2，ZnO，-Fe2O3，ZrO2等。表面吸附气体分子后，电导率将随半导体类型和气体分子种类而变化。半导体陶瓷气体传感器灵敏度高、体积小、结构简单。目前可检测的气体有：碳氢系气体、H2、C2H5OH、CO、O2、卤素气体、SO2、NO、NH3、SiH4和烟雾等。应用：气敏元件的主要应用领域在防灾报警、防止公害、检测计量等方面。烟雾气敏传感器酒精气敏传感器七、声敏材料声敏材料的电阻值将随所处环境的声音而改变，其阻值随声音的大小作有规则的变化，进而转化为相应的电信号输出，其工作原理：将声音震

8、动信号转化到电容上，再转化为电流信号。或说将声音震动转化为磁场信号，再转化为电信号。应用：声敏材料多用于声控开关，麦克风，警报传感，智能控制，B超等领域。谢谢！