《智能傳感器技術(shù)》教材配套課件國(guó)防科技大學(xué)4半導(dǎo)體傳感器是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。4半導(dǎo)體傳感器是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。半導(dǎo)體壓力傳感器4.1半導(dǎo)體溫度傳感器4.2半導(dǎo)體氣敏傳感器4.3半導(dǎo)體壓力傳感器是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，能夠感受壓力并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置。

半導(dǎo)體PN結(jié)在應(yīng)力作用下電特性發(fā)生變化未能得到很大發(fā)展厚膜陶瓷壓力傳感器壓敏二極管或晶體管根據(jù)半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)構(gòu)成的壓阻式壓力傳感器擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器工作頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，工作頻率可達(dá)1.5MHz；體積小、耗電少；靈敏度高、精度好，可測(cè)量到0.1%的精確度；測(cè)量范圍寬，易于微型化和集成化。但壓阻式傳感器溫度特性較差，并且工藝較復(fù)雜恩德?？薊ndevco硅壓力傳感器8520A-108520A-500量程10psi500psi靈敏度30mv/psi0.6mv/psi非線性度0.25%0.25%溫度范用-54～260℃-54～260℃固有頻率110kHz900kHz重量8.5g8.5g1—低壓腔；2—高壓腔；3—硅杯；4—引線；5—硅膜片1psi=6894.8N/m2(Pa)（Poundspersquareinch）有效帶寬高達(dá)100kHz上升時(shí)間短，僅為幾個(gè)微秒且需要多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量炮口沖擊波場(chǎng)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用案例沖擊波壓力信號(hào)系統(tǒng)總體框圖相關(guān)參數(shù)傳感器28個(gè)量程5～100kPa頻響0～100kHz溫漂≤0.4%F.S/℃非線性≤±0.5%F.S工作溫度-25～45℃美國(guó)恩德?？斯緣鹤枋綁毫鞲衅髋诳跊_擊波場(chǎng)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用案例4半導(dǎo)體傳感器是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。半導(dǎo)體壓力傳感器4.1半導(dǎo)體溫度傳感器4.2半導(dǎo)體氣敏傳感器4.3原理：半導(dǎo)體材料的許多性能參數(shù)，如電阻率、PN結(jié)的反向漏電流和正向電壓等，都與溫度有著密切的關(guān)系。類型：熱敏電阻、PN結(jié)型集成溫度傳感器等。以金屬氧化物為材料，采用陶瓷工藝，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成具有半導(dǎo)體特性的陶瓷電阻器件，電阻值隨溫度顯著變化。測(cè)溫范圍一般為-50℃-350℃。特點(diǎn)：1）溫度系數(shù)大→靈敏度高2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小→可以測(cè)量點(diǎn)溫度3）熱慣性小，響應(yīng)快→適于動(dòng)態(tài)測(cè)溫4）易于維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)→適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫5）成本低，可大批量生產(chǎn)，應(yīng)用廣泛6）非線性較差，精度低熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式熱敏電阻的結(jié)構(gòu)和符號(hào)1-探頭2-引線3-殼體熱敏電阻的電阻-溫度特性T/℃ρ/Ω·cmNTCCTRPTC10810210410604080120160200PTC：正溫度系數(shù)熱敏電阻NTC：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻CTR：臨界溫度系數(shù)熱敏電阻多為Fe，Ni，Co，Mn等金屬氧化物。具有隨溫度升高電阻值減小的負(fù)溫度系數(shù)。特別適用于-100～300℃之間測(cè)溫。聚脂塑料封裝熱敏電阻

貼片式NTC熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）1伏安特性電流—時(shí)間特性1負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）主要采用BaTiO3系列的陶瓷材料，摻入微量稀土元素使之半導(dǎo)體化制成的。具有當(dāng)溫度超過某一數(shù)值時(shí)，其電阻值快速增加的特性。主要應(yīng)用于各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制，也可作為限流元件使用。帶安裝孔的熱敏電阻大功率PTC熱敏電阻正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）2CTR熱敏電阻采用以VO2為代表的半導(dǎo)體材料，在某一溫度附近上電阻值發(fā)生突變，在溫度僅幾度的狹窄范圍內(nèi)，其阻值下降3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。該溫度稱為臨界溫度點(diǎn)。主要用途作溫度開關(guān)，報(bào)警。1081021041060ρ/Ω·cmCTR4080120160200臨界溫度電阻（CRT）34.2.1家用電器電熨斗、電冰箱、電飯煲、洗衣機(jī)、電暖壺、烘干機(jī)、電烤箱、空調(diào)機(jī)、電熱毯、熱水器、電磁爐汽車電子電子噴油嘴、空調(diào)機(jī)、發(fā)電機(jī)防熱裝置、電熱座椅測(cè)量?jī)x器流量計(jì)、風(fēng)速表、濃度計(jì)、濕度計(jì)、空氣傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀辦公設(shè)備復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、掃描儀農(nóng)業(yè)園藝溫室控制、人工氣候箱、烘干系統(tǒng)醫(yī)療器具體溫計(jì)、人工透析、散熱系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)熱敏電阻的應(yīng)用集成溫度傳感器（溫度IC）是利用PN結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)系研制成的一種半導(dǎo)體溫度傳感器。將溫度敏感元件與放大、運(yùn)算和補(bǔ)償?shù)入娐芳稍谝黄酒?。典型工作溫度范圍?0

＋150°C。集成溫度傳感器可分為：模擬型集成溫度傳感器數(shù)字型集成溫度傳感器產(chǎn)生一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流作為輸出。典型產(chǎn)品有AD590。（1）電流型集成溫度傳感器模擬型集成溫度傳感器1AD590的基本轉(zhuǎn)換電路電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（10mV/K）

AD590封裝示意圖空腳（接地）模擬型集成溫度傳感器1LM35/45構(gòu)成的攝氏溫度測(cè)量電路及組裝成的測(cè)溫傳感器（2）電壓型集成溫度傳感器輸出電壓與絕對(duì)溫度成正比，典型產(chǎn)品有LM35/45等。封裝后模擬型集成溫度傳感器1LM35溫度傳感器LM35D測(cè)溫傳感器及構(gòu)成的攝氏溫度測(cè)量電路模擬型集成溫度傳感器1（2）電壓型集成溫度傳感器在電腦中，集成溫度傳感器用于CPU散熱保護(hù)電路。散熱風(fēng)扇集成溫度ICCPU插座CPU散熱片模擬型集成溫度傳感器1主要特點(diǎn)單總線的接口方式測(cè)溫范圍從-55℃～+125℃供電方式靈活在-10℃～85℃范圍，精度為±0.5℃

編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式具有電源反接保護(hù)電路數(shù)字溫度傳感器DS18B202DS18B20與微處理器連接寄生電源供電外部電源供電DS18B20管腳圖數(shù)字溫度傳感器DS18B2024半導(dǎo)體傳感器是指利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。半導(dǎo)體壓力傳感器4.1半導(dǎo)體溫度傳感器4.2半導(dǎo)體氣敏傳感器4.34.3半導(dǎo)體式氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件與待測(cè)氣體接觸時(shí)，電導(dǎo)率等物理量的變化來實(shí)現(xiàn)特定氣體的成分或者濃度檢測(cè)。使用更廣泛原理：利用敏感材料接觸氣體時(shí)其電阻值的變化來進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)構(gòu)：電阻型氣敏傳感器主要由敏感元件、加熱器和外殼或封裝體等部分組成敏感材料加熱絲電極TGS8型傳感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成與基本原理1N型半導(dǎo)體吸附氣體時(shí)器件阻值變化SnO2氣敏器件的靈敏度特性結(jié)構(gòu)組成與基本原理1厚膜平面式氣體傳感器結(jié)構(gòu)組成與基本原理1（1）氣體選擇性（2）靈敏度（3）

初始穩(wěn)定時(shí)間（4）響應(yīng)時(shí)間（5）恢復(fù)時(shí)間（6）溫度、濕度影響ppm：百萬分之一ppb：十億分之一。mg/m3轉(zhuǎn)換為ppm：1mg/m3=(22.4/M)*(273+t)/273ppmM：相對(duì)分子量，t：環(huán)境溫度（℃）主要特性2MQ-9一氧化碳半導(dǎo)體氣體傳感器優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、敏度高、響應(yīng)速度快等。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差、氣體選擇性較差、老化快等。當(dāng)特定氣體（如氫氣）吸附在金屬-半導(dǎo)體界面時(shí)，金屬的功函數(shù)改變，導(dǎo)致勢(shì)壘高度降低，正向?qū)娏髟龃罄肕OS結(jié)構(gòu)的敏感元件電容-電壓（C-U）特性來檢測(cè)氣體。氣體吸附改變柵極閾值電壓（UT），從而通過漏極電流變化檢測(cè)氣體濃度通過氣體吸附引起介電常數(shù)變化，導(dǎo)致電容值改變。二極管氣體傳感器1MOS二極管氣體傳感器2MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣體傳感器3電容型氣體傳感器4MEMS半導(dǎo)體氣體傳感器主要用于感知?dú)怏w的類別、濃度和成分，廣泛應(yīng)用于煤礦、石油、化工、醫(yī)療、家庭、軍事等安全防護(hù)領(lǐng)域。手持式軍事毒劑偵檢儀化學(xué)戰(zhàn)劑進(jìn)行偵測(cè)軍事偵查日本Figar