传感器原理及应用第七章-半导体感器课件.ppt

1、1第七章第七章 半导体传感器半导体传感器n热敏电阻热敏电阻n湿敏传感器湿敏传感器n气敏传感器气敏传感器n磁敏传感器磁敏传感器n趣味小制作：湿度检测计趣味小制作：湿度检测计2思考一思考一 n热敏电阻，从字面上去理解，那就是对热热敏电阻，从字面上去理解，那就是对热（即温度）敏感的电阻；温度变化时，其（即温度）敏感的电阻；温度变化时，其阻值就会发生变化。这些知识也许不难理阻值就会发生变化。这些知识也许不难理解，那其余的你了解多少呢？解，那其余的你了解多少呢？3热敏电阻热敏电阻 n结构外形：圆片形、柱形、珠形等结构外形：圆片形、柱形、珠形等 n符号符号 圆片形圆片形 柱形柱形 珠形珠形 符号符号 4分

2、类分类 n按温度系数分：按温度系数分：n负温度系数热敏电阻（负温度系数热敏电阻（NTCNTC）n正温度系数热敏电阻（正温度系数热敏电阻（PTCPTC）n热敏电阻按结构形式热敏电阻按结构形式n体型、薄膜型和厚膜型体型、薄膜型和厚膜型n按工作方式分按工作方式分n直热式、旁热式和延迟电路直热式、旁热式和延迟电路n按工作温区可分为按工作温区可分为n常温区（常温区（-60-60+200+200）、高温区（）、高温区（200200）、低温）、低温区区5热敏电阻的应用热敏电阻的应用 n热敏电阻测温热敏电阻测温 n热敏电阻用于温度补偿热敏电阻用于温度补偿 仪表中仪表中常用的一些常用的一些零件多零件多数数是是用

3、金属丝做成的，金属一般具用金属丝做成的，金属一般具有有正的温度系数正的温度系数，采用负温度，采用负温度系数的系数的热敏电阻热敏电阻进行补偿，进行补偿，可可以以抵消抵消由于由于温度温度变化所产生的变化所产生的误差误差。6热敏电阻的应用热敏电阻的应用 温度控制温度控制n热敏电阻用于热敏电阻用于将突变型将突变型热热敏电阻敏电阻埋设在被测物中埋设在被测物中，并与继电器串联，给电路并与继电器串联，给电路加上恒定电压。加上恒定电压。n当周围介质温度升到某一当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流便数值时，电路中的电流便可由零点几毫安突变为几可由零点几毫安突变为几十毫安十毫安n继电器动作，从而继电器动作，

4、从而实现温实现温度控制或过热保护度控制或过热保护。7热敏电阻应用实例热敏电阻应用实例 体温计 CPU测温 热水器温度控制 8n夏季里若空气湿度过大，你的感觉会怎样夏季里若空气湿度过大，你的感觉会怎样呢？汽车挡风玻璃若因湿度而模糊，现在呢？汽车挡风玻璃若因湿度而模糊，现在如何处理？粮油肉中若含有水分应如何检如何处理？粮油肉中若含有水分应如何检查？用微波炉去烘烤食品，炉中湿度会怎查？用微波炉去烘烤食品，炉中湿度会怎样变化呢？样变化呢？思考二思考二9湿敏传感器湿敏传感器 10湿度及其表示方法湿度及其表示方法 n绝对湿度绝对湿度：绝对湿度表示单位体积空气里所含绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的水汽的

5、质量质量 n相对湿度：相对湿度表示空气中实际水汽的分压相对湿度：相对湿度表示空气中实际水汽的分压和相同温度下饱和水汽的分压比值的和相同温度下饱和水汽的分压比值的百分数百分数 n露点温度露点温度 ：在一定浓度下，气体中所能容纳的：在一定浓度下，气体中所能容纳的水汽含量有限，超过此限就会凝成液滴，将未饱水汽含量有限，超过此限就会凝成液滴，将未饱和气体降温到水汽饱和的温度称为露点温度和气体降温到水汽饱和的温度称为露点温度 11湿敏传感器的分类湿敏传感器的分类 n水分子亲和力型水分子亲和力型 n利用水分子利用水分子易于吸附易于吸附并由表面渗透到固体内的并由表面渗透到固体内的这一特点而制成的湿敏传感器称

6、为水分子亲和这一特点而制成的湿敏传感器称为水分子亲和力型力型 n非水分子亲和力型非水分子亲和力型 n非水分子亲和力型的湿敏传感器与水分子亲和非水分子亲和力型的湿敏传感器与水分子亲和力毫无关系力毫无关系 12湿敏传感器的应用湿敏传感器的应用 n汽车挡风玻璃自动除湿控制汽车挡风玻璃自动除湿控制 n防止驾驶室的挡风玻璃结露或结霜，保证驾驶员视线清防止驾驶室的挡风玻璃结露或结霜，保证驾驶员视线清晰，避免事故发生。该电路也可用于其它需要除湿的场晰，避免事故发生。该电路也可用于其它需要除湿的场所所 13粮油肉水分检查仪粮油肉水分检查仪 n水分含量高水分含量高则则Rx阻值小，阻值小，振荡频率就高振荡频率就高

7、；反之，；反之，振荡频率就低。振荡频率就低。n当当Rx大到大到22左右时，左右时，水分小，接通电源后喇水分小，接通电源后喇叭会发出叭会发出“哒哒哒哒”声响，声响，指示灯指示灯LEDLED发出闪烁的发出闪烁的红光；反复进行比较红光；反复进行比较Rx的振荡频率，从而判断的振荡频率，从而判断水分相对含量。水分相对含量。14自动烹调湿度检测系统自动烹调湿度检测系统 n使用时首先将电热器的电源接通，使湿敏元件的温度使用时首先将电热器的电源接通，使湿敏元件的温度升高到要求的工作温度。然后启动烹调设备对食品加升高到要求的工作温度。然后启动烹调设备对食品加热，热，依据湿度变化来控制烹调过程的进行依据湿度变化来

8、控制烹调过程的进行 15思考三思考三 n可燃性、有毒有害气体泄露以后会有哪些可燃性、有毒有害气体泄露以后会有哪些危害呢？人的嗅觉怎样？酒后驾驶当然危危害呢？人的嗅觉怎样？酒后驾驶当然危险，那交警是怎样检查驾驶人员是否喝了险，那交警是怎样检查驾驶人员是否喝了酒呢？酒呢？16气敏传感器气敏传感器 17电阻型气敏传感器结构烧结型电阻型气敏传感器结构烧结型内热式烧内热式烧结型结型 旁热式烧旁热式烧结型结型 18电阻型气敏传感器结构电阻型气敏传感器结构 薄膜型薄膜型 厚膜型厚膜型 19非电阻型气敏传感器的结构非电阻型气敏传感器的结构 nFET型气敏传感器型气敏传感器 n二极管式气敏传感器二极管式气敏传感

9、器 20工作机理工作机理 n电阻型半导体气敏传感器的工作机理可以用电阻型半导体气敏传感器的工作机理可以用吸附效应吸附效应来解释来解释 n当半导体当半导体气敏元件加热气敏元件加热到稳定状态时，若到稳定状态时，若有气体吸附有气体吸附，则被，则被吸附的分子首先在表面自由扩散，其中一部分分子被蒸发，吸附的分子首先在表面自由扩散，其中一部分分子被蒸发，另一部分分子产生热分解而吸附在表面。另一部分分子产生热分解而吸附在表面。n若气敏元件材料的功率函数比被吸附气体分子的电子的亲和若气敏元件材料的功率函数比被吸附气体分子的电子的亲和力小，则被吸附的气体分子就从元件的表面夺取电子，以负力小，则被吸附的气体分子就

10、从元件的表面夺取电子，以负离子形式被吸附。具有负离子吸附性质的气体称为离子形式被吸附。具有负离子吸附性质的气体称为氧化性气氧化性气体体 n若气敏元件材料的功率函数比被吸附气体分子的电子的亲和若气敏元件材料的功率函数比被吸附气体分子的电子的亲和力大，被吸附气体的电子被元件俘获，而以正离子形式吸附。力大，被吸附气体的电子被元件俘获，而以正离子形式吸附。具有正离子吸附性质的气体称为具有正离子吸附性质的气体称为还原性气体还原性气体 21工作机理工作机理 n当氧化性气体吸附到当氧化性气体吸附到N N型半导体或还原性气型半导体或还原性气体吸附到体吸附到P P型半导体上时，将使半导体载流型半导体上时，将使半

11、导体载流子减少，从而使敏感元件的电阻率增大；子减少，从而使敏感元件的电阻率增大；n当氧化性气体吸附到当氧化性气体吸附到P P型半导体或还原性气型半导体或还原性气体吸附到体吸附到N N型半导体上时，将使半导体载流型半导体上时，将使半导体载流子增多，从而使敏感元件的电阻率减小。子增多，从而使敏感元件的电阻率减小。22气敏传感器的应用气敏传感器的应用 有害气体检测报警器有害气体检测报警器 家用煤气报警器 烟雾报警器 电路原理图 23气敏传感器的应用气敏传感器的应用 n简易酒精测试器简易酒精测试器 酒精测试仪 24思考四思考四 n或许你已见过验钞笔或验钞机的使用，可或许你已见过验钞笔或验钞机的使用，可

12、你知道它的工作原理吗？你知道它的工作原理吗？25磁敏传感器磁敏传感器 n磁阻传感器磁阻传感器 n磁敏二极管磁敏二极管 n磁敏三极管磁敏三极管 26磁阻效应磁阻效应 n将通以电流的半导体放在均匀磁场中，运将通以电流的半导体放在均匀磁场中，运动的载流子受到洛伦兹力的作用而发生偏动的载流子受到洛伦兹力的作用而发生偏转，转，这种偏转导致载流子的漂移路径增加；这种偏转导致载流子的漂移路径增加；或者说，沿外加电场方向运动的载流子数或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加减少，从而使电阻增加，这种现象称为磁，这种现象称为磁阻效应阻效应 27磁敏电阻的形状磁敏电阻的形状 n常见的磁敏电阻是常见

13、的磁敏电阻是圆盘形的，中心和圆盘形的，中心和边缘处为两电极，边缘处为两电极，这种圆盘形磁敏电这种圆盘形磁敏电阻叫做科尔比诺圆阻叫做科尔比诺圆盘磁阻盘磁阻28磁敏电阻的结构磁敏电阻的结构 金属栅膜磁敏电阻 共晶型磁敏电阻 29磁敏二极管磁敏二极管 n结构结构 n符号符号 30磁敏二极管工作原理磁敏二极管工作原理 n当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，形成电流。形成电流。n当磁敏二极管受到外界磁场当磁敏二极管受到外界磁场H H+（正向磁场正向磁场）作用时，）作用时，形成的形成的电流减小电流减小，电阻增大电阻增大。n当磁敏二极管受到外界磁场当磁

14、敏二极管受到外界磁场H H-（反向磁场反向磁场）作用时，）作用时，电流变大电流变大，电阻减小电阻减小。n根据电流大小可测磁场的方向和强度。根据电流大小可测磁场的方向和强度。31磁敏三极管磁敏三极管 n结构结构n 符号符号32磁敏三极管磁敏三极管工作原理工作原理 n当磁敏三极管未受到磁场作用时当磁敏三极管未受到磁场作用时，基极电流大于集电极电流；基极电流大于集电极电流；n磁敏三极管当受到磁敏三极管当受到正向磁场正向磁场H H+作用时作用时 ，导致，导致集电极的电流集电极的电流明明显显下降下降 n当当反向磁场反向磁场H-作用时，作用时，使使集电极电流增大集电极电流增大 n可利用磁敏三极管来测量弱磁

15、场、电流、转速、位移等物理可利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量量 33磁敏传感器的应用磁敏传感器的应用 n磁阻转速传感器磁阻转速传感器 34磁敏二极管漏磁探伤仪磁敏二极管漏磁探伤仪 35磁敏传感器的应用磁敏传感器的应用 磁敏三极管电磁敏三极管电位器位器 磁敏电阻无触磁敏电阻无触点开关点开关 36磁敏传感器应用实例磁敏传感器应用实例 路况监测系统笔式验钞器测量地球磁场37趣味小制作：湿度检测器趣味小制作：湿度检测器 n细导线丝、报警器（喇叭）、电源（细导线丝、报警器（喇叭）、电源（6V）、）、开关、导线、电阻、三极管、晶闸管、电开关、导线、电阻、三极管、晶闸管、电容器、绝缘板。容器、绝缘板。38制作提示制作提示 n传感器（湿度检测元件）是由两组细导线传感器（湿度检测元件）是由两组细导线丝组成，制作时粘在绝缘板上，每根导线丝组成，制作时粘在绝缘板上，每根导线丝之间相距很近，约丝之间相距很近，约2mm2mm左右，注意不要左右，注意不要相碰；相碰；n三极管三极管VTVT1 1为为2N37062N3706或或3DK9B3DK9B；n制作好后，检测时可用高压喷壶喷水雾来制作好后，检测时可用高压喷壶喷水雾来测试。测试。