第2章電阻式傳感器電阻式傳感器就是利用一定的方式將被丈量的變化轉(zhuǎn)化為敏感元件電阻值的變化，進(jìn)而經(jīng)過電路變成電壓或電流信號(hào)輸出的一類傳感器?？捎糜诟鞣N機(jī)械量和熱工量的檢測(cè)，它構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，本錢低廉，因此，在許多行業(yè)得到了廣泛運(yùn)用。目前，常用的電阻傳感器主要有電阻應(yīng)變片、熱電阻、光敏電阻、氣敏電阻和濕敏電阻等幾大類。2.1電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)原理制成的、運(yùn)用最為廣泛的電阻式傳感器，主要用于機(jī)械量的檢測(cè)中，如力、壓力等物理量的檢測(cè)。2.1.1電阻應(yīng)變效應(yīng)2.1.1.1概念導(dǎo)體或半導(dǎo)體資料在外力作用下產(chǎn)活力械變形時(shí)，它的電阻值也相應(yīng)地發(fā)生變化，這一物理景象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。2.1.1.2電阻的應(yīng)變靈敏系數(shù)根據(jù)電阻的定義式:R=；當(dāng)有變化量?ρ、?l、?A時(shí)，其相對(duì)變化率為：〔2-1-1〕對(duì)于直徑為d的圓柱形截面電阻絲，由于A=лd2/4；故：?A=A‘-A=л[〔d-?d〕2-d2]/4=2?d/d(略去高階無窮小〕。再引進(jìn)力學(xué)中的泊松比；故；最后得：；K0：應(yīng)變靈敏系數(shù)。其中：〔1+2μ〕是由幾何尺寸改動(dòng)引起的，金屬導(dǎo)體以此為主；表示是由資料的電阻率隨應(yīng)變所引起的變化，半導(dǎo)體資料以此為主。2.1.2電阻應(yīng)變片的類型及常用資料根據(jù)應(yīng)變片的質(zhì)地，主要有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類。2.1.2.1金屬電阻應(yīng)變片此類應(yīng)變片的構(gòu)造方式有絲式、箔式和薄膜式三種。1)絲式應(yīng)變片如圖2.1.1a所示，它是將金屬絲按圖示外形彎曲后用粘合劑貼在襯底上而成，基底可分為紙基，膠基和紙浸膠基等。電阻絲兩端焊有引出線，運(yùn)用時(shí)只需將應(yīng)變片貼于彈性體上就可構(gòu)成應(yīng)變式傳感器。它構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)錢低，強(qiáng)度高，但允許經(jīng)過的電流較小，丈量精度較低，適用于丈量要求不很高的場(chǎng)所運(yùn)用。2)箔式應(yīng)變片該類應(yīng)變片的敏感柵是經(jīng)過光刻、腐蝕等工藝制成。箔柵厚度普通在0.003-0.01mm之間，它的構(gòu)造如圖2.1.1b所示。箔式應(yīng)變片與絲式應(yīng)變片比較其面積大，散熱性好，允許經(jīng)過較大的電流。由于它的厚度薄，因此具有較好的可繞性，靈敏度系數(shù)較高。箔式應(yīng)變片還可以根據(jù)需求制成任不測(cè)形，適宜批量消費(fèi)。3)金屬薄膜應(yīng)變片它是采用真空蒸鍍或?yàn)R射式陰極分散等方法，在薄的基底資料上制成一層金屬電阻資料薄膜以構(gòu)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，任務(wù)溫度范圍較廣。2.1.2.2半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)而制成的一種純電阻性元件。對(duì)一塊半導(dǎo)體資料的某一軸向施加一定的載荷而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，它的電阻率會(huì)發(fā)生變化，這種物理景象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體應(yīng)變片有以下幾種類型：1〕體型半導(dǎo)體應(yīng)變片這是一種將半導(dǎo)體資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，其構(gòu)造如圖2.1.2所示。

2〕薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片這種應(yīng)變片是利用真空堆積技術(shù)將半導(dǎo)體資料堆積在帶有絕緣層的試件上而制成，其構(gòu)造表示圖見圖2.1.3。3〕分散型半導(dǎo)體應(yīng)變片將P型雜質(zhì)分散到N型硅單晶基底上，構(gòu)成一層極薄的P型導(dǎo)電層，再經(jīng)過超聲波和熱壓焊法接上引出線就構(gòu)成了分散型半導(dǎo)體應(yīng)變片。圖2.1.4為分散型半導(dǎo)體應(yīng)變片表示圖。這是一種運(yùn)用很廣的半導(dǎo)體應(yīng)變片。2.1.2.3應(yīng)變片的常用資料及粘貼技術(shù)1)常用資料I.

4YC3：4YC3是Fe-Cr-Al系550℃高應(yīng)變電阻合金，其電阻率高，電阻溫度系數(shù)低，熱穩(wěn)定性好，主要用于任務(wù)溫度≦550℃的電阻應(yīng)變計(jì)。II.

4YC4：4YC4是Fe-Cr-Al系750℃高溫應(yīng)變電阻合金，其電阻率高、電阻溫度系數(shù)低，尤其是在600℃以上有較好的熱輸入和重現(xiàn)性低的零飄。合金主要用作任務(wù)溫度≦750℃的電阻應(yīng)變計(jì)，用于大型汽輪機(jī)、航空、原子反響堆等領(lǐng)域中靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)丈量。III.

4YC8：4YC8銅鎳錳鈷合金精細(xì)箔材，公用于高精度箔式電阻應(yīng)變計(jì)，其溫度自補(bǔ)償性能及其它技術(shù)目的符合<電阻應(yīng)變計(jì)>規(guī)范規(guī)定的A級(jí)產(chǎn)質(zhì)量量要求。箔材平均熱輸出系數(shù)ct<1με／℃，用它制成箔式應(yīng)變計(jì)可以在鈦合金、普通鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金等多種資料制成的試件上到達(dá)良好的溫度自補(bǔ)償效果，優(yōu)于國(guó)外同類合金箔材，技術(shù)性能到達(dá)國(guó)外先進(jìn)程度。4YC9：4YC9是Ni-Mo系500℃自補(bǔ)償應(yīng)變電阻合金，它的ρ值高，電阻溫度系數(shù)小，熱輸出、熱穩(wěn)定性好，適用于制造在≦500℃任務(wù)的自補(bǔ)償電阻應(yīng)變計(jì)。2)應(yīng)變片的粘貼工藝步驟I.應(yīng)變片的檢查與選擇首先要對(duì)采用的應(yīng)變片進(jìn)展外觀檢查，察看應(yīng)變片的敏感柵能否整齊、均勻，能否有銹斑以及短路和折彎等景象。其次要對(duì)選用的應(yīng)變片的阻值進(jìn)展丈量，阻值選取適宜將對(duì)傳感器的平衡調(diào)整帶來方便。II.試件的外表處置為了獲得良好的粘合強(qiáng)度，必需對(duì)試件外表進(jìn)展處置，去除試件外表雜質(zhì)、油污及疏松層等。普通的處置方法可采用砂紙打磨，較好的處置方法是采用無油噴砂法，這樣不但能得到比拋光更大的外表積，而且可以獲得質(zhì)量均勻的結(jié)果。為了外表的清潔，可用化學(xué)請(qǐng)洗劑如氯化碳、丙酮、甲苯等進(jìn)展反復(fù)清洗，也可采用超聲波清洗。值得留意的是，為防止氧化，應(yīng)變片的粘貼盡快進(jìn)展。假設(shè)不立刻貼片，可涂上一層凡士林暫作維護(hù)。III.

底層處置為了保證應(yīng)變片能結(jié)實(shí)地貼在拭件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，可在粘貼位置涂上一層底膠。Ⅳ.貼片將應(yīng)變片底面用清潔劑清洗干凈，然后在拭件外表和應(yīng)變片底面各涂上一層薄而均勻的粘合劑。待稍干后，將應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)劃線位置迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠錕加壓，擠出氣泡及多余的膠水，保證膠層盡能夠薄而均勻。Ⅴ.固化粘合劑的固化能否完全，直接影響到膠的物理機(jī)械性能。關(guān)鍵是要掌握好溫度、時(shí)間和循環(huán)周期。無論是自然枯燥還是加熱固化都要嚴(yán)厲按照工藝規(guī)范進(jìn)展。為了防止強(qiáng)度降低、絕緣破壞以及電化腐蝕，在固化后的應(yīng)變片上應(yīng)涂上防潮維護(hù)層，防潮層普通可采用稀釋的粘合膠。Ⅵ.粘貼質(zhì)量檢查首先是從外觀上檢查粘貼位置能否正確，粘合層能否有氣泡、漏粘、破損等。然后是丈量應(yīng)變片敏感柵能否有斷路或短路景象以及丈量敏感柵的絕緣電阻。Ⅶ.引線焊接與組橋連線檢查合格后既可焊接引出導(dǎo)線，引線應(yīng)適當(dāng)加以固定。應(yīng)變片之間經(jīng)過粗細(xì)適宜的漆包線銜接組成橋路。銜接長(zhǎng)度應(yīng)盡量一致，且不宜過多。2.1.3電阻應(yīng)變計(jì)的型號(hào)及選用2.1.3.1型號(hào)的編排規(guī)那么電阻應(yīng)變計(jì)型號(hào)的編排規(guī)那么如下：類別、基底資料種類、規(guī)范電阻---敏感柵長(zhǎng)度、敏感柵構(gòu)造方式、極限任務(wù)溫度、自補(bǔ)償代號(hào)〔溫度和蠕變補(bǔ)償〕及接線方式。如BF350--3AA80〔23〕N6–X的含義是：I.

B:表示應(yīng)變計(jì)類別(B:箔式;T:特殊用途;Z:公用(特指卡瑪箔))；II.

F:表示基底資料種類(B:玻璃纖維加強(qiáng)合成樹脂;F:改性酚醛;A:聚酰亞胺;E:酚醛-縮醛;Q:紙浸膠;J:聚氨酯)；III.

350:表示應(yīng)變計(jì)規(guī)范電阻；IV.3表示敏感柵長(zhǎng)度〔mm〕；V.AA表示敏感柵構(gòu)造方式；VI.80表示極限任務(wù)溫度〔℃〕；VII.23表示溫度自補(bǔ)償或彈性模量自補(bǔ)償代號(hào)(9:用于鈦合金;M23:用于鋁合金;11:用于合金鋼、馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼;16:用于奧氏體不銹鋼和銅基資料;23:用于鋁合金;27:用于鎂合金;)；VIII.N6表示蠕變自補(bǔ)償標(biāo)號(hào)(蠕變標(biāo)號(hào):T8，T6，T4，T2，T0，T1,T3,T5,N2，N4，N6，N8，N0，N1，N3，N5，N7，N9)；Ⅸ.X表示接線方式(X:規(guī)范引線焊接方式;D:點(diǎn)焊點(diǎn);C:焊端敞開式;U:完全敞開式，焊引線;F:完全敞開式，不焊引線；X**:特殊要求焊圓引線，**表示引線長(zhǎng)度；BX**：特殊要求焊扁引線，**表示引線長(zhǎng)度；Q**:焊接漆包線，**表示引線長(zhǎng)度；G**:焊接高溫引線，**表示引線長(zhǎng)度)。2.1.3.2應(yīng)變計(jì)的自動(dòng)補(bǔ)償及其選用1)溫度補(bǔ)償及選用

應(yīng)變計(jì)安裝在具有某一線膨脹系數(shù)的試件上，試件可以自在膨脹并不受外力作用，在緩慢升〔或降〕溫的均勻溫度場(chǎng)內(nèi)，由溫度變化引起的指示應(yīng)變稱為熱輸出。熱輸出是由應(yīng)變計(jì)敏感柵資料的電阻溫度系數(shù)和敏感柵資料與被測(cè)試件資料之間線膨脹系數(shù)的差別共同作用、迭加的結(jié)果，可由以下公式表示：ξt=[(αt/k)+βe-βg]]△t(2-1-2)式中αt、βg分別為應(yīng)變計(jì)敏感柵資料的電阻溫度系數(shù)(1/C)和線膨脹系數(shù)(1/C),K為應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù),βe為試件的線膨脹系數(shù)(1/C),△t為偏離參考溫度的溫度變化量(C)。熱輸出是靜態(tài)應(yīng)變丈量中最大的誤差源,而且應(yīng)變計(jì)的熱輸出分散隨著熱輸出值的增大而增大.當(dāng)測(cè)試環(huán)境存在溫度梯度或瞬變時(shí),這種差別就更大。因此，理想的情況是應(yīng)變計(jì)的熱輸出值超于零，滿足這一要求的應(yīng)變計(jì)稱為溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。經(jīng)過調(diào)整合金成配比，改動(dòng)冷軋成型緊縮率以及適當(dāng)?shù)臒崽幹?，可以使敏感柵資料的內(nèi)部晶體構(gòu)造重新組合，改動(dòng)其電阻溫度系數(shù),從而使應(yīng)變計(jì)的熱輸出超越零，實(shí)現(xiàn)對(duì)彈性元件的溫度自補(bǔ)償。普通應(yīng)從以下四個(gè)方面進(jìn)展選擇：Ⅰ.目前應(yīng)變計(jì)常用的溫度自補(bǔ)償系數(shù)有:9、11、16、23、27。其中“9〞用于鈦合金；“11〞用于合金銅、馬氏不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼；“16〞用于奧氏不銹鋼和銅基資料；“23〞用于鋁合金；“27〞用于鎂合金。Ⅱ.當(dāng)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)與測(cè)試件資料匹配時(shí)，在補(bǔ)償溫度范圍內(nèi)，熱輸出誤差較小。Ⅲ.當(dāng)溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)所要求運(yùn)用資料的線膨脹系數(shù)與測(cè)試件資料有微小差別時(shí)，應(yīng)選用兩片或四片應(yīng)變計(jì)組成半橋或全橋，以消除熱輸出帶來的影響。Ⅳ.采用1/4橋路進(jìn)展應(yīng)力丈量時(shí)，除安裝在試件外表的任務(wù)應(yīng)變計(jì)外，還應(yīng)在與測(cè)試資料一樣的補(bǔ)償塊上安裝一樣批次的應(yīng)變計(jì)作為補(bǔ)償片，并與任務(wù)片處于一樣的環(huán)境條件下，這兩片應(yīng)變計(jì)分別接在惠斯通電橋的相臨橋臂，以消除熱輸出的影響。2)蠕變自補(bǔ)償及選用傳感器彈性元件因其資料的滯彈性效應(yīng)而存在固有微蠕變特性，表現(xiàn)為傳感器的輸出隨時(shí)間添加而添加〔正蠕變〕。電阻應(yīng)變計(jì)的基底和貼片用粘結(jié)劑具有一定的粘彈性，使應(yīng)變計(jì)的輸出隨時(shí)間的添加而減少；而敏感柵資料存在滯彈性效應(yīng)使應(yīng)變計(jì)輸出隨時(shí)間的添加而添加，迭加后的結(jié)果是應(yīng)變計(jì)在接受固定載荷時(shí)呈現(xiàn)或正或負(fù)的蠕變特性，其方向和數(shù)值可以經(jīng)過改動(dòng)敏感柵構(gòu)造設(shè)計(jì)、調(diào)整基底資料配比及關(guān)鍵工藝參數(shù)加以調(diào)理。在彈性體確定后選擇蠕變與彈性體固有蠕變數(shù)值相等但方向相反的應(yīng)變計(jì)，就能對(duì)彈性體本身的不完善性進(jìn)展補(bǔ)償。同理，對(duì)傳感器制造過程中其他要素引入的蠕變誤差也可以用此方法進(jìn)展調(diào)整，并把傳感器的綜合蠕變數(shù)值控制在最小范圍內(nèi)，這就是應(yīng)變計(jì)蠕變補(bǔ)償?shù)母驹怼Ｎ覐S批量提供數(shù)十種構(gòu)成蠕變梯度的應(yīng)變計(jì)系列〔相臨標(biāo)號(hào)之間蠕變相差0.01-0.015%F。S/30min〕供傳感器制造廠家選用。普通應(yīng)從以下四個(gè)方面進(jìn)展選擇：Ⅰ.初次運(yùn)用時(shí)，可選用一種或兩種蠕變相差較大〔不同蠕變標(biāo)號(hào)〕的應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性體上，根據(jù)實(shí)測(cè)的綜合蠕變大小和方向最終確定與傳感器相匹配的蠕變標(biāo)號(hào)。Ⅱ.對(duì)彈性體資料、構(gòu)造一樣的傳感器來說，量程越小，蠕變?cè)秸瑧?yīng)選擇蠕變?cè)截?fù)的應(yīng)變計(jì)。Ⅲ.不同彈性體資料具有不同的蠕變特性，應(yīng)選用不同蠕變標(biāo)號(hào)的應(yīng)變計(jì)。Ⅳ.傳感器的系統(tǒng)蠕變除與彈性體、應(yīng)變計(jì)、粘結(jié)劑等主要要素有關(guān)外。還受密封構(gòu)造方式、防護(hù)膠、消費(fèi)工藝參數(shù)等影響。但這種誤差的量值和方向是可預(yù)知的，選擇蠕變標(biāo)號(hào)時(shí)應(yīng)一同思索。3)彈性模量自補(bǔ)償及選用資料的彈性模量普通隨著環(huán)境溫度的升高而下降。根據(jù)虎克定律ε=δ/E，在載荷不變的情況下，隨著溫度的升高構(gòu)件的變形量將增大，因此應(yīng)變計(jì)所丈量的應(yīng)變?chǔ)乓搽S之添加，這時(shí)，假設(shè)應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)K能隨溫度升高而適當(dāng)降低，根據(jù)R/R=Kε，將會(huì)是應(yīng)變計(jì)的輸出不隨溫度改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)彈性模量補(bǔ)償，這類應(yīng)變計(jì)就稱為彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)能起到普通應(yīng)變計(jì)和彈性模量補(bǔ)償電阻器的共同作用，將自動(dòng)消除傳感器因彈性模量隨溫度變化所呵斥的丈量誤差。假設(shè)彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)與彈性體資料良好匹配，那么傳感器溫度靈敏度漂移可優(yōu)于0.001%F.S。他于目前常用的串聯(lián)彈性模量補(bǔ)償電阻器降低拱橋電壓的方法相比，具有補(bǔ)償精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、傳感器制造工藝簡(jiǎn)單、本錢低等優(yōu)點(diǎn)。但單純彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)存在以下問題：應(yīng)變計(jì)熱輸出值較大，致使傳感器輸出電阻溫度系數(shù)超差，零點(diǎn)溫度漂移較大。我廠經(jīng)過多年研討，研制并開發(fā)消費(fèi)出溫度自補(bǔ)償與彈性模量自補(bǔ)償兼顧型應(yīng)變計(jì)，尤其是半橋和全橋應(yīng)變計(jì)因溫度性能比較好而受用戶歡迎，被廣泛采用。普通應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)展選擇：Ⅰ.彈性模量自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)必需與彈性體資料相匹配，才干獲得比較稱心的補(bǔ)償效果。選用時(shí)，普通應(yīng)根據(jù)至少5套傳感器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選擇所匹配的應(yīng)變計(jì)。Ⅱ.這種應(yīng)變計(jì)對(duì)大多數(shù)構(gòu)造資料不具有溫度自補(bǔ)償才干，熱輸出系數(shù)比普通溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)略大，熱輸出分散目的較小，因此引薦用于內(nèi)部溫度梯度較小的傳感器。Ⅲ.其焊接性比普通應(yīng)變計(jì)稍差，請(qǐng)選用我廠配套助焊劑。焊接時(shí)要細(xì)心，并徹底清洗。2.1.4應(yīng)變電阻傳感器的運(yùn)用電阻應(yīng)變片除可丈量試件應(yīng)力之外，還可制呵斥各種應(yīng)變式傳感器用于丈量力、荷重、扭矩、加速度、位移、壓力等多種物理量。2.1.4.1應(yīng)變式測(cè)力與荷重傳感器傳感器由彈性元件、應(yīng)變片和外殼所組成。彈性元件是傳感器的根底，把被丈量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量的變化；彈性元件上的應(yīng)變片是傳感器的中心，它把應(yīng)變量變換成電阻量的變化。傳感器彈性元件的構(gòu)造方式多種多樣，根據(jù)被丈量大小不同，常見的有柱式、懸臂梁式環(huán)式等等。如GX-1型懸臂梁稱重傳感器。構(gòu)造外形如圖2.1.5所示，構(gòu)造尺寸如圖2.1.6所示，性能參數(shù)見表2-1所示。圖2.1.5GX-1型懸臂梁稱重傳感器圖2.1.6GX-1型懸臂梁稱重傳感器構(gòu)造尺寸2.1.4.2應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)變式壓力傳感器的丈量范圍在10-4～107Pa之間。常見的構(gòu)造方式有簡(jiǎn)式、膜片式和組合式等。筒式壓力傳感器見圖2.1.7，通常用于丈量較大的壓力。它的一端為盲孔，另一端為法蘭與被測(cè)系統(tǒng)聯(lián)接。應(yīng)變片貼于筒的外外表，任務(wù)片貼于空心部分，補(bǔ)償片貼在實(shí)心部分。2.2熱電阻及熱敏電阻2.2.1熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是丈量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的丈量準(zhǔn)確度是最高的，它不僅廣泛運(yùn)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成規(guī)范的基準(zhǔn)儀。2.2.1.1熱電阻測(cè)溫原理及資料熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的添加而添加這一特性來進(jìn)展溫度丈量的。熱電阻大都由純金屬資料制成，目前運(yùn)用最多的是鉑和銅，此外，如今已開場(chǎng)采用鎳、錳和銠等資料制造熱電阻。2.2.1.2熱電阻的類型1〕普通型熱電阻從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接經(jīng)過熱電阻阻值的變化來丈量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度丈量帶來影響。2〕鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻是由感溫元件〔電阻體〕、引線、絕緣資料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑普通為φ2--φ8mm，最小可達(dá)φmm。與普通型熱電阻相比，它有以下優(yōu)點(diǎn)：①體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，丈量滯后?。虎跈C(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；③能彎曲，便于安裝④運(yùn)用壽命長(zhǎng)。3〕端面熱電阻端面熱電阻感溫元件由特殊處置的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與普通軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)踐溫度，適用于丈量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。4〕隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻經(jīng)過特殊構(gòu)造的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因遭到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，消費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度丈量。2.2.1.4鉑電阻鉑易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度，；因此用鉑電阻作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器。鉑電阻的電阻值與溫度之間的關(guān)系可用下式表示(2-2-1)式中，為溫度為t時(shí)的電阻值；為溫度為時(shí)的電阻值；A為常數(shù),A=3.96847103C-1；B為常數(shù)，B=5.84710-7℃-2；C為常數(shù)，C=-4.2210-12℃-42.2.1.5銅電阻鉑是貴重金屬，因此在一些丈量精度要求不高，測(cè)溫范圍較小(-50～150℃)的情況下，普遍采用銅電阻。銅電阻具有較大的電阻溫度系數(shù)，資料容易提純，銅電阻的阻值與溫度之間接近線性關(guān)系，銅的價(jià)錢比較廉價(jià)，所以銅電阻在工業(yè)上得到廣泛運(yùn)用。銅電阻的缺陷是電阻率較小，穩(wěn)定性也較差，容易氧化。銅電阻的電阻值與溫度間的關(guān)系為(2-2-2)式中，Rt為溫度t時(shí)的電阻值；為溫度為0℃時(shí)的電阻值；a為溫度為0℃時(shí)的電阻溫度系數(shù)。鉑電阻用0.03～0.07mm的鉑絲繞在云母片制成的片形支架上，繞組的兩面用云母片夾住絕緣。銅電阻由直徑0.1mm的絕緣銅絲繞在圓形骨架上。為了使熱電阻能得到較長(zhǎng)的運(yùn)用壽命，熱電阻加有維護(hù)套管。2.2.1.6熱電阻的運(yùn)用1)熱電阻溫度計(jì)通常工業(yè)上用于測(cè)溫是采用鉑電阻和銅電阻作為敏感元件，丈量電路用得較多的是電橋電路。為了抑制環(huán)境溫度的影響常采用圖2.2.1所示的三導(dǎo)線四分之一電橋電路。由于采用這種電路，熱電阻的兩根引線的電阻值被分配在兩個(gè)相鄰的橋臂中，假設(shè)，那么由于環(huán)境溫度變化吼起的引線電阻值變化呵斥的誤差被相互抵消。2)熱電阻式流量計(jì)圖2.2.2是一個(gè)熱電阻流量計(jì)的電原理圖。兩個(gè)鉑電阻探頭Rt1、Rt2，Rt1放在管道中央，它的散熱情況受介質(zhì)流速的影響。Rt2放在溫度與流體一樣，但不受介質(zhì)流速影，響的小室中。當(dāng)介質(zhì)處于靜止形狀時(shí)，電橋處于平衡形狀，流量計(jì)沒有指示。當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，由于介質(zhì)流動(dòng)帶走熱量，溫度的變化引起阻值變化，電橋失去平衡而有輸出，電流計(jì)酌指示直接反映了流量的大小。2.2.2熱敏電阻2.2.2.1半導(dǎo)體熱敏電阻的任務(wù)原理熱敏電阻是一種利用半導(dǎo)體制成的敏感元件，其特點(diǎn)是電阻率隨溫度而顯著變化。熱敏電阻因其電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高；熱慣性小，反響速度快；體積小，構(gòu)造簡(jiǎn)單；運(yùn)用方便，壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)間隔丈量等特點(diǎn)得到廣泛地運(yùn)用。熱敏電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系可以用下式表示(2-2-3)式中，，為溫度為T時(shí)的電阻值；為溫度為T0時(shí)的電阻值；B為常數(shù)，由資料、工藝及構(gòu)造決議。熱敏電阻的熱電特性曲線如圖2.2.3所示。根據(jù)電阻值的溫度特性，熱敏電阻有正溫度系數(shù)、負(fù)溫度系數(shù)和臨界熱敏電阻幾種類型。熱敏電阻的構(gòu)造可以分為柱狀、片狀、珠狀和薄膜狀等方式。熱敏電阻的缺陷是互換性較差，同一型號(hào)的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別。再就是其熱電特性是非線性的，這給運(yùn)用帶來一定不便。雖然如此，熱敏電阻靈敏度高、便于遠(yuǎn)間隔控制、本錢低適宜批量消費(fèi)等突出的優(yōu)點(diǎn)使得它的運(yùn)用范圍越來越廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的開展；消費(fèi)工藝的成熟，熱敏電阻的缺陷都將逐漸得到改良，在溫度傳感器中熱敏電阻已獲得了顯著的優(yōu)勢(shì)。2.2.2.2常用資料按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻添加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。1)正溫度系數(shù)熱敏電阻的常用資料此種熱敏電阻以鈦酸鋇〔BaTiO3〕為根本資料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣資料，但摻入適量的稀土元素如鑭〔La〕和鈮〔Nb〕等以后，變成了半導(dǎo)體資料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體資料，晶粒之間存在著晶粒界面，對(duì)于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較??；當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度〔即臨界溫度，普通鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120℃〕時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)遭到破壞，不能協(xié)助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇添加。由于這種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫暖自動(dòng)控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易熄滅，電壓交、直流3～440V均可，運(yùn)用壽命長(zhǎng)，非常適用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過熱探測(cè)。2)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的常用資料負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物資料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體資料，體內(nèi)的載流子〔電子和空穴〕數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目添加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫〔-60～300℃〕、中溫〔300～600℃〕、高溫〔>600℃〕三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、呼應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、價(jià)錢低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于需求定點(diǎn)測(cè)溫的溫度自動(dòng)控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。2.2.2.3熱敏電阻的型號(hào)表示我國(guó)產(chǎn)熱敏電阻是按部頒規(guī)范SJ1155-82來制定型號(hào)，由四部分組成。第一部分：主稱，用字母‘M’表示敏感元件。第二部分：類別，用字母‘Z’表示正溫度系數(shù)熱敏電阻器，或者用字母‘F’表示負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。第三部分：用途或特征，用一位數(shù)字〔0-9〕表示。普通數(shù)字‘1’表示普通用途，‘2’表示穩(wěn)壓用途〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘3’表示微波丈量用途〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘4’表示旁熱式〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘5’表示測(cè)溫用途，‘6’表示控溫用途，‘7’表示消磁用途〔正溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘8’表示線性型〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘9’表示恒溫型〔正溫度系數(shù)熱敏電阻器〕，‘0’表示特殊型〔負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕第四部分：序號(hào)，也由數(shù)字表示，代表規(guī)格、性能。往往廠家出于區(qū)別本系列產(chǎn)品的特殊需求，在序號(hào)后加‘派生序號(hào)’，由字母、數(shù)字和‘-’號(hào)組合而成。例：MZ11表示序號(hào)為1的正溫度系數(shù)型普通用途熱敏電阻敏感元件。2.2.2.4熱敏電阻器的主要參數(shù)各種熱敏電阻器的任務(wù)條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項(xiàng)：標(biāo)稱電阻值、運(yùn)用環(huán)境溫度〔最高任務(wù)溫度〕、丈量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓〔最大任務(wù)電壓〕、任務(wù)電流、溫度系數(shù)、資料常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等。其中標(biāo)稱電阻值是在25℃零功率時(shí)的電阻值，實(shí)踐上總有一定誤差，應(yīng)在±10%之內(nèi)。普通熱敏電阻的任務(wù)溫度范圍較大，可根據(jù)需求從-55℃到+315℃選擇，值得留意的是，不同型號(hào)熱敏電阻的最高任務(wù)溫度差別很大，如MF11片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為+125℃，而MF53-1僅為+70℃，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)留意〔普通不要超越50℃〕。例如：MZ73A-1〔消磁用正溫度系數(shù)熱敏電阻器〕 MF53-1〔測(cè)溫用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器〕M——敏感電阻器 M——敏感電阻器Z——正溫度系數(shù)熱敏電阻器 F——負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器7——消磁用 5——測(cè)溫用3A-1——序號(hào) 3-1——序號(hào)2.2.2.5熱敏電阻選擇首選普通用途負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，因它隨溫度變化普通比正溫度系數(shù)熱敏電阻易察看，電阻值延續(xù)下降明顯。假設(shè)選正溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度應(yīng)在該元件居里點(diǎn)溫度附近。例MF11普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)稱號(hào)參數(shù)值標(biāo)稱阻值〔kΩ〕10～15片狀外形符號(hào)額定功率〔W〕0.25資料常數(shù)B范圍〔k〕1980～3630溫度系數(shù)〔10-2/℃〕-〔2.23～4.09〕耗散系數(shù)〔mW/℃〕≥5時(shí)間常數(shù)〔s〕≤30最高任務(wù)溫度〔℃〕1252.2.2.6熱敏電阻的運(yùn)用熱敏電阻與簡(jiǎn)單的放大電路結(jié)合，就可檢測(cè)千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測(cè)溫計(jì)，能完成高精度的溫度丈量。普通用途熱敏電阻任務(wù)溫度為-55℃～+315℃，特殊低溫?zé)崦綦娮璧娜蝿?wù)溫度低于-55℃，可達(dá)-273℃。熱敏電阻幾乎在每一個(gè)部門都有運(yùn)用，如家用電器、制造工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、運(yùn)輸、通訊、維護(hù)報(bào)警安裝和科研等，下面僅舉幾個(gè)例子，引見熱敏電阻的運(yùn)用情況。1)MF58型高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Ⅰ.特點(diǎn)：該傳感器具有穩(wěn)定性好,可靠性高；阻值范圍寬:(1-1000)kΩ；阻值精度高；由于玻璃封裝,可在高溫暖高濕等惡劣環(huán)境下運(yùn)用；體積小,分量輕、構(gòu)造鞏固，便于自動(dòng)化安裝〔在印制線路板上〕；熱感應(yīng)速度快和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。Ⅱ.主要技術(shù)參數(shù)：額定零功率電阻值范圍〔R25〕：1-1000kΩ；R25

允許偏向:±1%、±2%、±3%、±5%、±10%；B值范圍〔B25/85〕：1960-4480K；B值允許偏向：±0.5%、±1%、±2%；耗散系數(shù)≥2mW/℃(在靜止空氣中)；熱時(shí)間常數(shù):≤20s(在靜止空氣中)；任務(wù)溫度范圍:-55℃～+300℃；額定功率:500mW；電阻-溫度特性見表2-2。Ⅲ.外形尺寸〔mm〕見圖2.2.4。

Ⅳ.運(yùn)用場(chǎng)所：家用電器如空調(diào)機(jī)、微波爐、電風(fēng)扇、電取暖爐等的溫度控制與溫度檢測(cè)；辦公自動(dòng)化設(shè)備如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、電子騰印機(jī)的溫度檢測(cè)或溫度補(bǔ)償；工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、氣候、食品加工設(shè)備的溫度控制與檢測(cè)；液面指示和流量丈量；手提機(jī)電源；儀表線圈，集成電路，石英晶體振蕩器和熱電偶的溫度補(bǔ)償?shù)仍S多地方。圖2.2.4MF58型高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的外形構(gòu)造2〕NSP功率型NTC熱敏電阻Ⅰ.典型運(yùn)用電路如圖2.2.5所示：Ⅱ.率型NTC熱敏電阻器的選用原那么：電阻器的最大任務(wù)電流＞實(shí)踐電源回路的任務(wù)電流；功率型電阻器的標(biāo)稱電阻值式中E為線路電壓，Im為浪涌電流。對(duì)于轉(zhuǎn)換電源、逆變電器、開關(guān)電源、UPS電源、Im=100倍任務(wù)電流；對(duì)于燈絲、加熱器等回路Im=30倍任務(wù)電流；B值越大、剩余電阻越小、任務(wù)時(shí)溫升越小。普通,時(shí)間常數(shù)與耗散系數(shù)的乘積愈大，那么表示電阻器的熱容量愈大，電阻器抑制浪涌電流的才干亦愈強(qiáng)。圖2.2.5NTC熱敏電阻的典型運(yùn)用電路2.3壓敏電阻固態(tài)壓阻式傳感器是利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的新型傳感器。它具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)呼應(yīng)快、丈量精度高、穩(wěn)定性好、任務(wù)溫度范圍寬、體積小和便于批量消費(fèi)等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的運(yùn)用。由于它抑制了半導(dǎo)體應(yīng)變片存在的問題并能將電阻條、補(bǔ)償線路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路集成在一塊硅片上，甚至將計(jì)算處置電路與傳感器集成在一同，制成了智能型傳感器，這是一種具有開展出路的傳感器。2.3.1壓敏電阻的任務(wù)原理單晶硅資料在遭到力的作用后，其電阻率將隨作用力而變化．這種物理景象稱為固態(tài)壓阻式傳感器。半導(dǎo)體資料電阻的變化率ΔR／R主要由Δρ／ρ引起，即取決辛半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)，所以可以用下式表示(2-3-1)式中為壓阻系數(shù)；為就應(yīng)力；為半導(dǎo)體資料的電阻率。在彈性變形限制內(nèi)，硅的壓阻效應(yīng)是可逆的，即在應(yīng)力作用下硅的電阻發(fā)生變化，而當(dāng)應(yīng)力除去時(shí)，硅的電阻又恢復(fù)到原來的數(shù)值。硅的壓阻效應(yīng)因晶體的取向不同而不同。固態(tài)壓阻式傳感器的中心是硅膜片。通常多項(xiàng)選擇用N型硅晶片作硅膜片，在其上分散P型雜質(zhì)，構(gòu)成四個(gè)阻值相等的電阻條。圖2.3.1是硅膜片芯體的構(gòu)造圖。將芯片封接在傳感器的殼體內(nèi)，再聯(lián)接出電極引線就制成了典型的壓阻式傳感器。2.3.2壓敏電阻的型號(hào)壓敏電阻的型號(hào)由四部分組成，第一部分用字母“M〞表示主稱為敏感電阻器。第二部分用字母“Y〞表示敏感電阻器為壓敏電阻器。第三部分用字母表示壓敏電阻器的用途的特征。第四部分用數(shù)字表示序號(hào)，有的在序號(hào)的后面還標(biāo)有標(biāo)稱電壓、通流容量或電阻體直徑、電壓誤差、標(biāo)稱電壓等。各部分代號(hào)及含義見表2-3。例如：MYL1-1〔防雷用壓敏電阻器〕 MY31-270/3〔270V/3kA普通壓敏電阻器〕M——敏感電阻器 M——敏感電阻器Y——壓敏電阻器 Y——壓敏電阻器L——防雷用 31——序號(hào)1-1——序號(hào) 270——標(biāo)稱電壓為270V

3——通流容量為3kA2.3.3壓敏電阻的運(yùn)用由于壓敏電阻具有頻率呼應(yīng)高、體積小、精度高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，所以它在航空、航海、石油、化工、動(dòng)力機(jī)械、兵器工業(yè)以及醫(yī)學(xué)等方面得到了廣泛的運(yùn)用。在機(jī)械工業(yè)中，可用于丈量冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)、空氣緊縮機(jī)的壓力和氣流流速，以監(jiān)測(cè)機(jī)器的任務(wù)形狀。在航空工業(yè)上，用來丈量飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的中心壓力。在進(jìn)展飛機(jī)風(fēng)洞模型溯中，可以采用微型壓阻式傳感器安裝在模型上，以獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在兵器工業(yè)上，丈量槍炮膛內(nèi)的壓力，也可對(duì)爆炸壓力及沖擊波進(jìn)展丈量。還廣泛用于醫(yī)療事業(yè)中，目前已有各種微型傳感器用來丈量心血管、顱內(nèi)、尿道、眼球內(nèi)的壓力。隨著微電子技術(shù)以及電子計(jì)算機(jī)的開展，固態(tài)壓阻式傳感器的運(yùn)用將會(huì)越采越廣泛。2.3.3.1用于壓力丈量固態(tài)壓阻式壓力傳感器的構(gòu)造如圖2.3.2所示。傳感器硅膜片兩邊有兩個(gè)壓力腔。一個(gè)是和被測(cè)壓力相銜接的高壓腔，另一個(gè)是低壓腔，通常和大氣相通。當(dāng)膜片兩邊存在壓力差時(shí)，膜片上各點(diǎn)存在應(yīng)力。膜片上的四個(gè)電阻在應(yīng)力作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，其輸出的電壓與膜片兩邊壓力差成正比。下面是KuliteHKM-375固態(tài)壓阻式壓力傳感器的有關(guān)參數(shù)：量程：0.2～2450kg／cm2；供電電源；10V；輸出電壓：110mV；反復(fù)性誤差：0.25％；非線性誤差，土1％；溫度范用：-20～120；固有頻率：50～395kHz；電橋阻抗，輸入650Ω、輸出50Ω。2.3.3.2用于加速度檢測(cè)壓阻式加速度傳感器，它采用硅懸臂梁構(gòu)造。在硅懸臂梁的自在端裝有敏感質(zhì)量塊，在梁的根部，分散四個(gè)性能一致的電阻，見圖2.3.4。當(dāng)懸臂梁自在端的質(zhì)量塊遭到外界加速度作用時(shí)，將感遭到的加速度轉(zhuǎn)變?yōu)閼T性力，使懸臂梁遭到彎矩作用，產(chǎn)生應(yīng)力。這時(shí)硅梁上四個(gè)電阻條的阻值發(fā)生變化，使電橋產(chǎn)生不平衡，從而輸出與外界的加速度成正比的電壓值。以下所列為KuliteGAE813固態(tài)壓阻式加速度計(jì)的有關(guān)參數(shù)：量程10～100g；靈敏度：1～5V/g；非線性誤差：土1％；溫度范圍：-40一+200；固有頻率：1000～2000Hz。2.4氣敏電阻在現(xiàn)代社會(huì)的消費(fèi)和生活中，人們往往會(huì)接觸到各種各樣的氣體，需求對(duì)它們進(jìn)展檢測(cè)和控制。比如化工消費(fèi)中氣體成分的檢測(cè)與控制；煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)與報(bào)警；環(huán)境污染情況的監(jiān)測(cè)；煤氣走漏：火災(zāi)報(bào)警；熄滅情況的檢測(cè)與控制等等。氣敏電阻傳感器就是一種將檢測(cè)到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。2.4.1氣敏電阻的任務(wù)原理及其特性氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)展檢測(cè)的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體資料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。常用的主要有接觸熄滅式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸熄滅式氣體傳感器的檢測(cè)元件普通為鉑金屬絲〔也可外表涂鉑、鈀等稀有金屬催化層〕，運(yùn)用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，堅(jiān)持300℃～400℃的高溫，此時(shí)假設(shè)與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上熄滅，因此，鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；經(jīng)過丈量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳感器普通利用液體〔或固體、有機(jī)凝膠等〕電解質(zhì)，其輸出方式可以是氣體直接氧化或復(fù)原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、呼應(yīng)快、穩(wěn)定性好、運(yùn)用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，運(yùn)用極其廣泛；半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測(cè)時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減小；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏資料，屬于N型半導(dǎo)體，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，構(gòu)成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值添加。當(dāng)遇到有能供應(yīng)電子的可燃?xì)怏w〔如CO等〕時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子形狀吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體外表；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子形狀吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度添加，電阻值下降?？扇夹詺怏w不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始形狀。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的根本原理。目前國(guó)產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和丈量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；另一種是旁熱式，這種氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)丈量極，丈量極之間為金屬氧化物氣敏資料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。以SnO2氣敏元件為例，它是由0.1--10的晶體集合而成，這種晶體是作為N型半導(dǎo)體而任務(wù)的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的形狀。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時(shí)，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度添加，因此電導(dǎo)率添加。而對(duì)于P型半導(dǎo)體來說，它的晶格是陽離子缺位形狀，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)其電導(dǎo)率那么減小。氣敏電阻的溫度特性如圖2.4.1所示，圖中縱坐標(biāo)為靈敏度，即由于電導(dǎo)率的變化所引起在負(fù)載上所得到的值號(hào)電壓。由曲線可以看出，SnO2在室溫下雖能吸附氣體，但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度添加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化，因此氣敏元件在運(yùn)用時(shí)需求加溫。此外，在氣敏元件的資料中參與微量的鉛、鉑、金、銀等元素以及一些金屬鹽類催化劑可以獲得低溫時(shí)的靈敏度，也可加強(qiáng)對(duì)氣體種類的選擇性。2.4.2常用的氣敏電阻氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種，直熱式耗費(fèi)功率大，穩(wěn)定性較差，故運(yùn)用逐漸減少。旁熱式性能穩(wěn)定，耗費(fèi)功率小，其構(gòu)造上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此平安可靠，其運(yùn)用面較廣。2.4.2.1氧化鋅系氣敏電阻ZnO是屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體，也是一種運(yùn)用較廣泛的氣敏器件。經(jīng)過摻雜而獲得不同氣體的選擇性，如摻鉑可對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等氣體有較高的靈敏度，而摻鈀那么對(duì)氫、一氧化碳、甲烷，煙霧等有較高的靈敏度。這種氣敏元件的構(gòu)造特點(diǎn)是：在圓形基板上涂敷ZnO主體成分，當(dāng)中加以隔膜層與催化劑分成兩層而制成。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達(dá)0.8～1.15ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实刃螤?，達(dá)1.84ml/L時(shí)那么有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險(xiǎn)，因此對(duì)一氧化碳檢測(cè)必需快而準(zhǔn)。利用SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏資料，經(jīng)過顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)展外表修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，可以探測(cè)0.005%～0.5%范圍的CO氣體。2.4.2.2氧化鐵系氣敏電阻當(dāng)復(fù)原性氣體與多孔的接觸時(shí)，氣敏電阻的晶粒外表遭到復(fù)原作用轉(zhuǎn)變?yōu)?，其電阻串迅速降低。這種敏感元件用于檢測(cè)烷類氣體特別靈敏。2.4.2.3型號(hào)命名方式氣敏電阻器的型號(hào)命名由三部分組成，各部分的含義見表2-4。第一部分用字母表示主稱。第二部分用字母表示用途或特征。第三部分用數(shù)字表示產(chǎn)品序號(hào)。2.4.3氣敏電阻的運(yùn)用氣敏電阻運(yùn)用較廣泛的是用于防災(zāi)報(bào)警，如可制成液化石油氣、天燃?xì)?、城市煤氣、煤礦瓦斯以及有毒氣體等方面的報(bào)警器。也可用于對(duì)大氣污染進(jìn)展監(jiān)測(cè)以及在醫(yī)療上用于對(duì)O2、CO2等氣體的丈量。生活中那么可用于空調(diào)機(jī)、烹調(diào)安裝、酒精濃度探測(cè)等方面。氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流，丈量回路電壓，靈敏度，呼應(yīng)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，標(biāo)定氣體〔0.1%丁烷氣體〕中電壓，負(fù)載電阻值等。下面是兩類典型氣敏電阻的根本情況：2.4.3.1MQ-N5型氣敏元件1)原理QM-N5型氣敏元件是以金屬氧化物SnO2為主體資料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸復(fù)原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的添加而迅速升高。2)特點(diǎn)用于可燃性氣體的檢測(cè)〔CH4、C4H10、H2等〕；靈敏度高；呼應(yīng)速度快；輸出信號(hào)大；壽命長(zhǎng)，任務(wù)穩(wěn)定可靠。3)性能目的詳細(xì)目的見表2-5所示：2.4.3.2QM-J3型半導(dǎo)體氣敏元件1)任務(wù)原理QM-J3型半導(dǎo)體氣敏元件是以金屬氧化物ZnSnO3為主體資料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸復(fù)原性氣體時(shí)，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的添加而迅速升高。2)特點(diǎn)用于乙醇、酒精等有機(jī)液體蒸氣的檢測(cè)；對(duì)汽油蒸汽有抗干擾才干；靈敏度高；呼應(yīng)速度快；壽命長(zhǎng)，任務(wù)穩(wěn)定可靠。3)技術(shù)目的詳細(xì)目的見表2-6所示：2.4.3.3自動(dòng)空氣清新器1)根本原理這個(gè)自動(dòng)空氣清新器能在室內(nèi)空氣污濁或有害氣體到達(dá)一定濃度時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生負(fù)氧離子，堅(jiān)持空氣清新，任務(wù)原理電路見圖2.4.2。圖4.2.2空氣自動(dòng)清新器電路原理圖電路分為兩部分，以QM－N5為中心元件的電路組成空氣檢測(cè)開關(guān)電路，它可以檢測(cè)可燃?xì)怏w。當(dāng)室內(nèi)的有害氣體到達(dá)一定濃度時(shí)，由于B點(diǎn)電位升高使VT1飽和導(dǎo)通，起到了檢測(cè)開關(guān)的作用。Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，用來補(bǔ)償QM－N5由于溫度變化引起的偏向。以TWH8751為中心器件的電路組成負(fù)氧離子發(fā)生器，其振蕩頻率約為1KHz，在T2次級(jí)可得到5kV左右的高壓。放電端采用開放式，大大提高了負(fù)氧離子的濃度，減小了臭氧的濃度，使到達(dá)外面的負(fù)氧離子添加，TWH8751的②腳即同相輸入端為高電位時(shí)，振蕩器停振，在正常室內(nèi)環(huán)境下，A、B之間電阻很大，B點(diǎn)電位很低，VT1截止，TWH8751的②腳為高電位，振蕩器不任務(wù)，沒有負(fù)離子產(chǎn)生；當(dāng)室內(nèi)的有害氣體濃度超越了RP設(shè)定的臨界值，VT1飽和導(dǎo)通，TWH8751的②腳呈低電位，振蕩器起振，產(chǎn)生負(fù)氧離子。在一定程度上負(fù)離子可以消除室內(nèi)的煙霧，到達(dá)清新空氣利于身體安康的目的。2)元器件選擇與制造元器件清單見表2-7。T2用14吋行輸出變壓器改制，其高壓包不動(dòng)，將低壓繞組線圈全部撤除，用Φ＝0.6mm漆包線重繞45匝。其它元器件無特殊要求。放電端子用大頭針做成，在長(zhǎng)170mm、寬40mm的敷銅板上鉆三排眼，每排16個(gè)，均為Φ＝1mm。將大頭針一一插入孔中并焊牢，要使焊點(diǎn)圓滑，不能有毛刺。挑選大頭針時(shí)要留意長(zhǎng)短一致，且尖頭越尖越好。整機(jī)裝入一個(gè)180×110×80〔mm3〕的ABS工程塑料盒中。運(yùn)用時(shí)，可調(diào)理RP旋鈕以使整機(jī)有適宜的靈敏度。將本安裝放常抽煙的地方如茶幾、寫字臺(tái)上，對(duì)于冬天室內(nèi)生火的家庭，晚上可將它放在床頭，堅(jiān)持睡眠時(shí)的空氣清新。2.5濕敏電阻隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的開展，纖維、造紙、電子、建筑、食品、醫(yī)療等部門提出了高精度高可靠性丈量和控制濕度的要求。因此，各種濕敏元件不斷出現(xiàn)。利用濕敏電阻進(jìn)展?jié)穸日闪亢涂刂凭哂徐`敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)、不需維護(hù)、可以進(jìn)展遙測(cè)和集中控制等優(yōu)點(diǎn)。濕敏電阻是利用濕敏資料吸收空氣中的水分而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化這一原理而制成的。2.5.1濕敏電阻型號(hào)命名方法濕敏電阻的型號(hào)可分為三個(gè)部分，第一部分用字母表示主稱；第二部分用字母表示用途或特征；第三部分用數(shù)字表示序號(hào)，各部分的含義見表8。例如：MS01-A〔通用型號(hào)濕敏電阻器〕M—敏感電阻器；S—濕敏電阻器；01-A—序號(hào)2.5.2常見類型及其運(yùn)用2.5.2.1半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件鉻酸鎂-二氧化鈦陶瓷濕敏元件是較常用的一種濕度傳感器，它是由MgCr2O4-TiO2固熔體組成的多孔性半導(dǎo)體陶瓷。這種資料的外表電阻值能在很寬的范圍內(nèi)隨濕度的添加而變小，即使在高濕條件下，對(duì)其進(jìn)展多次反復(fù)的熱清洗，性能仍不改動(dòng)。該元件采用了MgCr2O4-TiO2多孔陶瓷，電極資料二氧化釕經(jīng)過絲網(wǎng)印制到陶瓷片的兩面，在高溫?zé)Y(jié)下構(gòu)成多孔性電極。在陶瓷片周圍安裝有電阻絲繞制的加熱器，以450、1min對(duì)陶瓷外表進(jìn)展熱清洗。濕敏電阻的電阻-相對(duì)濕度特性曲線如圖2.5.1所示。圖2.5.2是這種濕敏元件運(yùn)用的一種丈量電路。圖中R為濕敏電阻，為溫度補(bǔ)償用熱敏電阻。為了使檢測(cè)濕度的靈敏度最大，可使R=。這時(shí)傳感器的輸出電壓經(jīng)過跟隨器并經(jīng)整流和濾波后，一方面送入比較器1與參考電壓U1比較，其輸出信號(hào)控制某一濕度；另一方面送到比較器2與參考電壓U2比較，其輸出信號(hào)控制加熱電路，以便按一定時(shí)間加熱清洗。2.5.2.2氯化鋰濕敏電阻圖2.5.3是氯化鋰濕敏電阻的構(gòu)造圖。它是在聚碳酸酯基片上制成一對(duì)梳狀金電極，然后浸涂溶于聚乙烯醇的氯化鋰膠狀溶液，其外表再涂上一層多孔性維護(hù)膜而成。氯化鋰是潮解性鹽，這種電解質(zhì)溶液構(gòu)成的薄膜能隨著空氣中水蒸汽的變化而吸濕或脫濕。感濕膜的電阻隨空氣相對(duì)濕度變化而變化，當(dāng)空氣中濕度添加時(shí)，感濕膜中鹽的濃度降低。圖2.5.4是一種相對(duì)濕度計(jì)的電原理框圖。丈量探頭由氯化鋰濕敏電阻和熱敏電阻組成，并經(jīng)過三線電纜接至電橋上。熱敏電阻是作為溫度補(bǔ)償用，丈量時(shí)先對(duì)指示安裝的溫度補(bǔ)償進(jìn)展適當(dāng)修正，將電橋校正至零點(diǎn)，就可以從刻度盤上直接讀出相對(duì)濕度值。電橋由分壓電阻組成兩個(gè)臂，另外，和或和組成另外兩個(gè)臂。電橋由振蕩器供應(yīng)交流電壓。電橋的輸出經(jīng)放大器放大后，經(jīng)過整流電路送給電流表指示。2.5.2.3有機(jī)高分子膜濕敏電阻有機(jī)高分子膜濕敏電阻是在氧化鋁等陶瓷基板上設(shè)置梳狀型電極，然后在其外表涂以具有感濕性能，又有導(dǎo)電性能的高分子資料的薄膜，再涂復(fù)一層多孔質(zhì)的高分子膜維護(hù)層。這種濕敏元件是利用水蒸汽附著于感濕薄膜上，電阻值與相對(duì)濕度相對(duì)應(yīng)這一性質(zhì)。由于運(yùn)用了贏分子資料，所以適用于高溫氣體中濕牢的丈量。圖2.5.5是三氧化二鐵-聚乙二醇高分子膜濕敏電阻的構(gòu)造與特性。2.6光敏電阻2.6.1任務(wù)原理光敏電阻是采用半導(dǎo)體資料制造，利用內(nèi)光電效應(yīng)任務(wù)的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小，這種景象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱光導(dǎo)管。用于制造光敏電阻的資料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制造很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。光敏電阻的原理構(gòu)造如圖2.6.1所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)遭到光照時(shí)，只需光子能量大于半導(dǎo)體資料的禁帶寬度，那么價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)添加了半導(dǎo)體資料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而呵斥光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消逝后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流經(jīng)過，遭到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的添加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，運(yùn)用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。2.6.2根本特性及其主要參數(shù)2.6.2.1暗電阻、亮電阻光敏電阻在室溫暖全暗條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻，或暗阻。此時(shí)流過的電流稱為暗電流。例如MG41-21型光敏電阻暗阻大于等于0.1M。光敏電阻在室溫暖一定光照條件下測(cè)得的穩(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻。此時(shí)流過的電流稱為亮電流。MG41—21型光敏電阻亮阻小于等于1k。亮電流與暗電流之差稱為光電流。顯然，光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說暗電流要小，亮電流要大，