第2章+電阻傳感器.ppt

1、第二章 電阻式傳感器,電阻式傳感器的基本原理是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻值的變化，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。,自動測力或稱重中應(yīng)用最普遍的是電阻應(yīng)變式傳感器，應(yīng)變式傳感器有下列優(yōu)點： 1.精確度高，線性度好，靈敏度高 2.滯后和蠕變都較小，壽命高 3.容易與二次儀表相匹配實現(xiàn)自動檢測 4.結(jié)構(gòu)較簡單，體積較小應(yīng)用靈活 5.工作穩(wěn)定、保養(yǎng)方便 應(yīng)變式傳感器除可用于測量力參數(shù)外，還可用于測量加速度，振幅等其他物理量。,第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器,一、電阻應(yīng)變效應(yīng),二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù),四、測量電路,五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,主要內(nèi)容,應(yīng)變片粘貼在被測試件上，當(dāng)溫度恒

2、定時，其加載特性與卸載特性不重合，即為機械滯后。,機械滯后、零漂及蠕變,機械滯后值還與應(yīng)變片所承受的應(yīng)變量有關(guān)，加載時的機械應(yīng)變愈大，卸載時的滯后也愈大。所以，通常在實驗之前應(yīng)將試件預(yù)先加、卸載若干次，以減少因機械滯后所產(chǎn)生的實驗誤差。,產(chǎn)生原因：應(yīng)變片在承受機械應(yīng)變后的殘余變形，使敏感柵電阻發(fā)生少量不可逆的變化；在制造或粘貼應(yīng)變片時，敏感柵受到的不適當(dāng)?shù)淖冃位蛘辰Y(jié)劑固化不充分等。,對于粘貼好的應(yīng)變片，當(dāng)溫度恒定時，不承受應(yīng)變時，其電阻值隨時間增加而變化的特性，稱為應(yīng)變片的零點漂移。,產(chǎn)生的原因：敏感柵通電后的溫度效應(yīng)；應(yīng)變片的內(nèi)應(yīng)力逐漸變化；粘結(jié)劑固化不充分等。,如果在一定溫度下，使應(yīng)變片承

3、受恒定的機械應(yīng)變，其電阻值隨時間增加而變化的特性稱為蠕變。一般蠕變的方向與原應(yīng)變量的方向相反。,產(chǎn)生的原因：由于膠層之間發(fā)生“滑動”，使力傳到敏感柵的應(yīng)變量逐漸減少。,一、電阻應(yīng)變效應(yīng) 導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下，會產(chǎn)生機械變形，其電阻值也將隨著發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 取一根長度為L，截面積為A，電阻率為 的金屬絲，未受力時其電阻R為,當(dāng)電阻絲受到拉力F作用時, 將伸長L, 橫截面積相應(yīng)減小A（取負(fù)號）, 電阻率將改變, 故引起電阻值相對變化量為,式中L/L是長度相對變化量, 用應(yīng)變表示,A/A為電阻絲的截面積相對變化量, 因,所以,由材料力學(xué), 在彈性范圍內(nèi), 金屬絲受拉

4、力時, 沿軸向伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變的關(guān)系可表示為,式中: 材料的泊松比, 負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。 材料的應(yīng)變, 以取代 和 ，得,實驗證明，應(yīng)變片的電阻相對變化量R R與材料的應(yīng)變的關(guān)系在很大范圍內(nèi)是線性的，從上式中提出 ，得, 材料的靈敏度系數(shù)K0取決于兩個因素 （1）材料幾何尺寸的改變。見上式中的 項。 （2）應(yīng)變引起的電阻率改變。見上式中的 項。 結(jié)論：金屬材料的 主要受前者影響；半導(dǎo)體材料主要受后者影響！,K0為靈敏度系數(shù)-單位應(yīng)變能引起的電阻相對變化。,二、電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu),1.金屬電阻應(yīng)變片,有絲式、箔式、薄膜式三種結(jié)構(gòu)。 金屬絲（一般是合金，電阻率較高，直

5、徑約0.02mm）式應(yīng)變片使用最早，有紙基、膠基、紙浸膠基之分。由于金屬絲式應(yīng)變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于大批量、一次性試驗。 目前箔式應(yīng)變片應(yīng)用較多。箔式應(yīng)變片中的箔柵（敏感柵）是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩(wěn)定性好的銅鎳合金。箔式應(yīng)變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產(chǎn)。還可以對金屬箔式應(yīng)變片進行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚蛊渚€脹系數(shù)、電阻溫度系數(shù)以及被粘貼的試件的線脹系數(shù)三者相互抵消，從而將溫度影響減小到最小的程度，目前廣泛用于各種應(yīng)變式傳感器中。 金屬薄膜應(yīng)變片是采

6、用真空蒸鍍或濺射式陰極擴散等方法，在薄的基底材料上制成一層金屬電阻材料薄膜以形成應(yīng)變片。 這種應(yīng)變片有較高的靈敏度系數(shù)，允許電流密度大，工作溫度范圍較廣。,常用應(yīng)變片的形式,金屬應(yīng)變計,2.半導(dǎo)體應(yīng)變片：利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。,對一塊半導(dǎo)體材料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時，它的電阻率會發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為壓阻效應(yīng)。,將半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體按一定方向切割成的片狀小條，經(jīng)腐蝕壓焊粘貼在基片上而成的應(yīng)變片,利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的試件而制成,將P型雜質(zhì)擴散到N型硅單晶體基底上，形成一層極薄的P型導(dǎo)電層，再通過超聲波和熱壓焊法接上引出線就形

7、成了擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變片,三、應(yīng)變片的粘貼技術(shù),應(yīng)變片的檢查與選擇 試件的表面處理 底層處理 貼片 固化 粘貼質(zhì)量檢查 引線焊接與組橋連接,四、測量電路,作用：測量電阻的微小變化。,直流電橋,交流電橋,金屬應(yīng)變片的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難，且誤差很大。 例如，有一金屬箔式應(yīng)變片，標(biāo)稱阻值R0為100，靈敏度K=2，粘貼在橫截面積為9.8mm2的鋼質(zhì)圓柱體上，鋼的彈性模量E=21011N/m2，所受拉力F=0.2t，受拉后應(yīng)變片的阻值R 的變化量僅為0.2，所以必須使用不平衡電橋來測量這一微小的變化量。,等臂電橋 輸出對稱電橋 電源對稱電橋,(一) 直流電橋,

8、直流電源U,輸 出 電 壓,R,等效電阻：,直流電橋平衡條件：,空載電壓：,1.直流電橋的電流輸出：電橋輸出信號較大，輸出端又接入電阻值較小的負(fù)載如檢流計進行測量時，電橋以電流形式輸出 如果直流電橋帶一個具有內(nèi)阻Rg的負(fù)載,將輸出電流Ig. 電流輸出電路及其等效電路:,(E=U0),由等效電路可求得Ig、Ug的一般表達式:,*當(dāng)阻抗匹配即Rg=R時,Ig、Ug表達式可簡化為:,設(shè)R1為應(yīng)變電阻，當(dāng)電阻增加R時，由Ig簡化算式：,得輸出電流為：,即,（2）阻抗匹配的電源對稱電橋，也有,（1）阻抗匹配的輸出對稱電橋,（3）阻抗匹配的等臂電橋，有,輸出與輸入呈線性關(guān)系,2.直流電橋的電壓輸出,如果直

9、流電橋輸出端接運算放大器，負(fù)載電阻Rg,輸出電流Ig0，輸出電壓即可認(rèn)為是電橋電路的開路電壓：,（單臂）對于輸出對稱電橋（右圖）,即,對于電源對稱電橋,對于等臂電橋,輸出與輸入呈線性關(guān)系,直流電橋?qū)嵱秒娐?等臂電橋全橋工作電路,特征：四個電阻相同 四個電阻全為應(yīng)變電阻 （兩個被拉長，兩個被壓短）,與單臂應(yīng)變相比，靈敏度擴大4倍！,(二) 交流電橋,交流電橋采用正弦交流電源U，電源頻率取被測應(yīng)變頻率的510倍。 各橋臂采用應(yīng)變片或定值精密無感電阻。 在頻率較高時，必須考慮分布電容的影響。 如：,等。,設(shè)正弦交流電源,則輸出交流電壓,交流電橋平衡條件：,或,（1）等臂電橋單臂應(yīng)變情況下,（2）等臂

10、電橋雙臂應(yīng)變情況下,2,2,雙臂差動比單筆工作靈敏度提高一倍,(三) 電橋的線路補償,（1）初始平衡補償（零點補償） 對平衡位置（零點）的改變進行的補償。 如果某一對橋臂電阻的乘積較小，可對這兩個電阻中的任一個串聯(lián)小的補償電阻進行補償，以滿足電橋的初始平衡條件。,補償電阻,（2）溫度補償,a.補償片補償,b.熱敏電阻補償,如圖中R2、R4橋臂的總溫度系數(shù)低, 可采用高溫度系數(shù)的RT進行補償,（3）彈性模量補償,彈性材料受環(huán)境影響，如升溫變軟，彈性模量減??；老化變硬，彈性模量增大等。 對于升溫變軟，可采用銅絲或鎳絲制成補償電阻RE進行補償。,分析：當(dāng)彈性材料升溫變軟，同樣受力引起的應(yīng)變增大，測量

11、電路輸出會增大。 加上RE之后，由于RE升溫增大，電橋電路供電電壓減小，補償了升溫引起的輸出增大。,五、電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用,應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。它可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量。電阻應(yīng)變片的應(yīng)用可分為兩大類：第一類是將應(yīng)變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體，傳感元件就是應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路；第二類是將應(yīng)變片貼于被測試件上，然后將其接到應(yīng)變儀上就可直接從應(yīng)變儀上讀取被測試件的應(yīng)變量。,（一）測力與稱重傳感器,（二）壓力傳感器,補償片,工作片,膜片,應(yīng)變片,插座,（

12、三）加速度傳感器,（四）位移傳感器,應(yīng)變式力傳感器,應(yīng)變式力傳感器,F,F,F,F,各種懸臂梁,各種懸臂梁,F,F,固定點,固定點,電纜,應(yīng)變式荷重傳感器的外形及應(yīng)變片的粘貼位置,F,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,應(yīng)變式荷重傳感器外形及受力位置（續(xù)）,F,F,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應(yīng)變片在外力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。,汽車衡,汽車衡（以下參考北京遠亞興業(yè)商貿(mào)有限公司資料 ）,汽車衡稱重系統(tǒng),荷重傳感器用于構(gòu)件的稱重,荷重傳感器 （共 3個，120度分布，以達到均衡目的，另兩個未拍出）,底座,墊塊,電纜,電子秤,磅秤,超市打印秤,遠距離顯示,電子天平,電子

13、天平的精度可達十萬分之一,人體秤,吊鉤秤,便攜式,應(yīng)變式數(shù)顯扭矩扳手,可用于汽車、摩托車、飛機、內(nèi)燃機、機械制造和家用電器等領(lǐng)域，準(zhǔn)確控制緊固螺紋的裝配扭矩。量程2500N.m，耗電量10mA，有公制/英制單位轉(zhuǎn)換、峰值保持、自動斷電等功能。,第二節(jié) 固態(tài)壓阻式傳感器 -半導(dǎo)體傳感器,壓阻效應(yīng)：半導(dǎo)體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)特別強。 半導(dǎo)體壓阻式傳感器分類,粘貼式應(yīng)變片,擴散硅型壓阻傳感器,特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高，動態(tài)響應(yīng)快，體積小，溫度范圍寬，便于批量生產(chǎn)，易于集成化、智能化。,本節(jié)介紹擴散硅型壓阻傳感器,設(shè)半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)為 ，材料

14、受到的應(yīng)力為， 有,一、工作原理與結(jié)構(gòu),對于半導(dǎo)體材料，其電阻率的變化為：,在彈性變形限度內(nèi)，壓阻效應(yīng)是可逆的，當(dāng)應(yīng)力消失時，硅片的電阻會恢復(fù)原來數(shù)值。 注意：晶體在不同的方向上，壓阻效應(yīng)數(shù)值不同。,壓阻效應(yīng)傳感器的核心-硅膜片,二、壓阻式壓力傳感器,三、壓阻式加速度傳感器,四、壓阻式傳感器的應(yīng)用,因為壓阻式傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、體積小、溫度范圍寬、便于批量生產(chǎn)、易于集成化、智能化的優(yōu)點。在航空、航海、石油、化工、機械、兵器、醫(yī)療等各方面獲得廣泛應(yīng)用。,機械：實時檢測各種機器設(shè)備、生產(chǎn)線的氣液壓力等 航空：飛機發(fā)動機壓力、物體加速度等 兵器：槍炮膛內(nèi)壓力、爆炸壓力、沖擊波壓力等 醫(yī)療

15、：測量心腦血管、顱內(nèi)、尿道、眼球內(nèi)壓力等 其他：自來水管網(wǎng)壓力檢測 震動檢測 過山車加速度檢測等,壓阻式固態(tài)壓力傳感器的隔離、承壓膜片,隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片 隔離開來。,壓阻式固態(tài) 壓力傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu),信號處理電路,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器,高壓進氣口,低壓進氣口,絕對壓力傳感器,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,呼吸、透析和注射泵設(shè)備中用的壓力傳感器,p1進氣管,p2進氣管,固態(tài)壓力傳感器,小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器（續(xù)）,表壓壓力傳感器,p1進氣管,投入式液位計,投入式液位傳感器（液位計）是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理。,投入式液位計外形（續(xù)）,壓阻式

16、固態(tài)壓力傳感器,光柱 顯示器,橡膠 背壓管,投入式液位傳感器 投入式液位傳感器安裝方便，適應(yīng)于深度為 幾米 至 幾十米，且混有 大 量 污物、雜質(zhì)的水或其他液體的液位測量。,電阻應(yīng)變儀,下圖所示的靜態(tài)應(yīng)變儀測量范圍：19999； 分辨率： 1；電橋電壓：直流2.5V； 應(yīng)變片：120或其他阻值； 測量點數(shù)：8/16點；,電阻應(yīng)變儀（續(xù)）,右圖所示的靜動態(tài) 應(yīng)變儀技術(shù)指標(biāo)： 量程：110000 頻率范圍：0-150kHz 平衡方式：手動 精度：0.3% 零點飄移：- /：0.1- /24小時：0.5 靈敏度變化：- /：0.05%- /24小時：0.3% 信噪比：52dB,（參考東方振動和噪聲技

17、術(shù)研究所資料）,材料應(yīng)變的測量,斜拉橋上的斜拉繩應(yīng)變測試,第三節(jié) 熱電阻式溫度傳感器,熱電阻傳感器,分類：,金屬熱電阻=熱電阻,半導(dǎo)體熱電阻=熱敏電阻,熱電阻傳感器-利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變的物理現(xiàn)象進行溫度檢測。,一、熱電阻：溫度升高，金屬內(nèi)部原子晶格的振動加劇，從而使金屬內(nèi)部的自由電子通過金屬導(dǎo)體時的阻礙增大，宏觀上表現(xiàn)出電阻率變大，電阻值增加，我們稱其為正溫度系數(shù)，即電阻值與溫度的變化趨勢相同。,取一只 100W/220V 燈泡，用萬用表測量其電阻值，可以發(fā)現(xiàn)其冷態(tài)阻值只有幾十歐姆，而計算得到的額定熱態(tài)電阻值應(yīng)為484 。,作為測溫用的熱電阻應(yīng)該具有一下特性： （1）電阻-

18、溫度變化具有良好的線性關(guān)系； （2）電阻溫度系數(shù)大，便于精確測量； 表示電阻當(dāng)溫度改變1度時，電阻值的相對變化 （3）電阻率（是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種材料制成的長1米、橫截面積是1平方毫米的在常溫下（20時）導(dǎo)線的電阻，叫做這種材料的電阻率 ）高，熱容量小，反應(yīng)速度快； 系統(tǒng)在某一過程中，溫度升高（或降低）1所吸收（或放出）的熱量 （4）在測量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。 （5）材料質(zhì)量要純，復(fù)現(xiàn)性好，價格便宜。 在不同測量條件下，如不同的方法，不同的觀測者，在不同的檢測環(huán)境對同一被檢測的量進行檢測時，其測量結(jié)果一致的程度。,（一）鉑（Pt）電阻,鉑易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)

19、定，電阻率較大，能耐較高溫度，所以鉑熱電阻在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。 鉑熱電阻的特性方程： 在0650的溫度范圍內(nèi): 在-2000的溫度范圍內(nèi):,Rt和R0分別為t和0時鉑電阻值; A、 B和C為常數(shù)。,目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10和R0=100兩種, 它們的分度號分別為Pt10和Pt100, 其中以Pt100為常用。 不同分度號有相應(yīng)分度表, 即Rt-t 的關(guān)系表。 實際測量中, 只要測得熱電阻的阻值Rt, 便可從分度表上查出對應(yīng)的溫度值。,鉑熱電阻Pt100分度表,薄膜型及普通型鉑熱電阻,小型鉑熱電阻,防爆型鉑熱電阻,鉑電阻溫度顯示、變送器,（二）銅電阻 由于鉑是貴重金屬,

20、在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合, 可采用銅熱電阻測溫, 測量范圍-50+150。 銅熱電阻在測量范圍內(nèi)電阻值與溫度的關(guān)系: R0為0時電阻值，為溫度為0 時的電阻溫度系數(shù)，銅熱電組的有兩種分度號 Cu50(R0=50)和Cu100（R0=100）。,銅電阻絲,骨架,銅引出線,汽車用水溫傳感器及水溫表,銅熱電阻,銅熱電阻線性較好,測溫范圍小，價格便宜, 但易氧化, 不適宜在腐蝕性介質(zhì)或高溫下工作。 鉑熱電阻線性好，測溫范圍較大，不宜氧化，在腐蝕性介質(zhì)或較高溫度下可以工作，但價格昂貴。,表2-2 熱電阻的主要技術(shù)性能,熱電阻的外形結(jié)構(gòu),接線盒,熱電阻,固定螺紋,引線方式有兩線制、 三線制和

21、四線制, 兩線制引線電阻對測量影響大, 精度低。三線制可以減小連接導(dǎo)線的電阻因溫度變化所引起的測量誤差。 四線制可以完全消除誤差。工業(yè)上多采用三線制，而四線制則常用于標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻的引出線上。,分類： 根據(jù)電阻值的溫度特性分為：負(fù)溫度系數(shù)（negative temperature coefficient, NTC）和正溫度系數(shù)（positive temperature coefficient , PTC）之分。 NTC又可分為兩大類： 第一類用于測量溫度，它的電阻值與溫度之間呈嚴(yán)格的負(fù)指數(shù)關(guān)系； 第二類為突變型（CTR）。當(dāng)溫度上升到某臨界點時，其電阻值突然下降 。常作為控溫報警器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)分

22、為：珠狀、柱狀、片狀、薄膜狀等形式。,珠狀,柱狀,片狀,二、熱敏電阻：利用半導(dǎo)體制成的敏感元件，特點是電阻率隨溫度變化顯著。,下圖所示的四根曲線分別為哪一種熱敏電阻？,圖各種熱敏電阻的特性曲線 1突變型NTC 2負(fù)指數(shù)型NTC 3線性型PTC 4突變型PTC,熱敏電阻優(yōu)點： 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，熱慣性小，反應(yīng)速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，壽命長，易于遠距離測量。（由于熱接點具有一定的熱容量，熱接點從介質(zhì)中吸熱量后,加熱自身、使溫度提高到穩(wěn)定值需要一定的時間。即熱接點的溫度變化，在時間上總是滯后于被測介質(zhì)的溫度變化。熱電偶的這種現(xiàn)象稱為熱慣性。 ） 熱敏電阻缺點：電阻隨溫度變化曲線為

23、非線性，且同一型號電阻的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別，難于互相代換。,熱敏電阻外形,MF12型 NTC熱敏電阻,聚脂塑料封裝熱敏電阻,其他形式的熱敏電阻,玻璃封裝 NTC熱敏電阻,MF58 型熱敏電阻,帶安裝孔的熱敏電阻,大功率PTC熱敏電阻,貼片式NTC熱敏電阻,MF58型（珠形）高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,MF5A-3型熱敏電阻,（參考深圳科蓬達電子有限公司資料）,KPD/MF5E薄膜系列NTC熱敏電阻， 應(yīng)用在電腦、打印機、家用電器等,非標(biāo)熱敏電阻,熱敏電阻溫度面板表,熱敏電阻,LCD顯示屏,熱敏電阻體溫表,熱敏電阻用于CPU的溫度測量,（參考小熊在線公司資料）,熱敏電阻用于電熱水器的溫度控制,

24、二、熱電阻式傳感器的應(yīng)用：有兩種形式，一種是將熱敏元件與被測物體相接觸，它們之間經(jīng)過熱交換后達到熱平衡時熱敏元件的電阻值反應(yīng)了被測物體的溫度；一種是將流過恒定電流的熱敏元件置于被測氣體或液體等介質(zhì)中，介質(zhì)中的某些參數(shù)將影響熱敏元件與介質(zhì)之間的熱交換和熱平衡，利用這一原理達到測量介質(zhì)的某些參數(shù)的目的。,引線方式為：三線制式,（三） 熱 敏 電 阻 點 溫 計,熱敏電阻適合做點溫計，因為其體積小，響應(yīng)速度快,選擇量程,使電流計滿量程,（四）熱敏電阻熱保護,（五） 熱 敏 電 阻 液 位 傳 感 器,（六）熱敏電阻濕度傳感器:利用濕度與大氣導(dǎo)熱率之間的關(guān)系作為測量原理的，現(xiàn)已用于空調(diào)機濕度控制，或制

25、成便攜式絕對濕度表、直讀式露點計、相對濕度計、水分計等,一、氣敏電阻的工作原理 氣敏電阻的材料是金屬氧化物半導(dǎo)體, 當(dāng)被氣體吸附時這些材料的電阻率會發(fā)生變化，利用這個原理可以制成氣敏元件和氣敏傳感器-通過電阻率變化監(jiān)視氣體濃度、成分。 主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報和自動控制。 氣敏電阻品種繁多，主要有可測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類。,第四節(jié) 氣敏電阻,一、還原性氣體傳感器 所謂還原性氣體就是在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子，化學(xué)價升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。 測量還原性氣

26、體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件 金屬氧化物半導(dǎo)體分N型半導(dǎo)體（氧化錫、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢等，氧離子缺位，當(dāng)遇到易于失去電子的可燃性氣體時，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流濃度增加，電導(dǎo)率增加）和P型半導(dǎo)體（氧化鈷、 氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等，陽離子缺位，當(dāng)遇到可燃性氣體時，電導(dǎo)率減?。?氣敏電阻的檢測靈敏度受溫度影響很大，在常溫下輸出信號微弱，升溫后電導(dǎo)率變化明顯。氣敏電阻工作時必須加熱到200300，其目的是加速被測氣體的化學(xué)吸附和電離的過程，并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用

27、）。,提高對某些氣體成分的選擇性和靈敏度的方法：（1）滲入微量的鉑、銀、金等元素；（2）使用金屬鹽類催化劑。,氣敏電阻的靈敏度與溫度的關(guān)系 （電導(dǎo)率的變化所引起的負(fù)載上得到的電壓）,（一）氧化錫系氣敏電阻 該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加, 在100300范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。,二、常用氣敏電阻,直熱式,旁熱式,旁熱式,（二）氧化鋅系氣敏電阻：屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體，通過摻雜而獲得不同氣體的選擇性，如摻鉑可對異丁烷、丙烷、乙烷等氣體敏感，而摻鈀則對氫、一氧化碳、甲烷、煙霧等有較高的靈敏度。,（三）氧化鐵系氣敏電阻：當(dāng)與還原性氣體接觸時，轉(zhuǎn)化為 四氧化三鐵，電阻率迅速降低，對烷類氣體特

28、別靈敏。,表2-4 幾種國產(chǎn)氣敏電阻的主要特性,在圖中，氣敏電阻在被測氣體濃度較低時有較大的電阻變化，而當(dāng)被測氣體濃度較大時，其電阻率的變化逐漸趨緩，有較大的非線性。 這種特性較適用于氣體的微量檢漏、濃度檢測或超限報警，被廣泛用于煤炭、石油、化工、家居等各種領(lǐng)域。,觀 察 和 分 析,部分氣敏電阻外形,酒精傳感器,酒精傳感器技術(shù)指標(biāo),工作電壓 DC3V（2A5電池）；工作電流 120mA； 使用環(huán)境 溫度： 045； 相對濕度：95%RH ；預(yù)熱時間 10秒（初次預(yù)熱18秒）；測試時間 8秒；測量范圍 0.001.00mg/L； 報警濃度 0.24mg/L；準(zhǔn)確度 10% F.S,酒后駕車測試儀散件,呼氣管,家庭用煤氣報警器,家庭用液化氣報警器,一氧化碳傳感器,其他氣體傳感器,NH3傳感器,煤礦瓦斯報警器,汽車尾氣分析,有毒氣體傳感器的使用,三、氣敏電阻的應(yīng)用,音頻振蕩器,（二）礦燈瓦斯報警器,檢出瓦斯氣體時，氣敏電阻減小，瓦斯氣體超過設(shè)定點時，V1、V2導(dǎo)通，V3、V4振蕩，繼電器動作，報警燈閃爍。,Q