传感器原理及应用第9章半导体式传感器

1、 主要内容： 概述概述 概述概述 纸纸 品品 木材烘干木材烘干 湿度传感器湿度传感器 芯片生产要求最高的湿度稳定性芯片生产要求最高的湿度稳定性 概述概述 气敏传感器 湿敏 传感器 N N型半导体与气体接触型半导体与气体接触 时的氧化还原反映时的氧化还原反映 气敏传感器测量电路气敏传感器测量电路 MOSMOS二极管二极管 气敏元件结构气敏元件结构 MOSMOS二极管气敏二极管气敏 元件等效电路元件等效电路 2 2）MOSFETMOSFET气敏元件气敏元件 PdPd对对H2H2吸附性很强，吸附性很强，H2H2吸附在吸附在PdPd栅上引起的栅上引起的PdPd功函数降低。功函数降低。 当栅极（当栅极（

2、G G）源极（）源极（S S）间加正向偏压）间加正向偏压 U UGSGSUUT T 阀值时，栅极氧阀值时，栅极氧 化层下的硅从化层下的硅从P P变为变为N N型，型，N N型区将型区将S S（源）和（源）和D D（漏）连接起来，（漏）连接起来， 形成导电通道（形成导电通道（N N型沟道）此时型沟道）此时MOSFETMOSFET进入工作状态。进入工作状态。 钯钯Pd Pd MOSFET MOSFET管结构 管结构 在在S SD D间加电压间加电压U UDSDS，S SD D间有电流间有电流I IDSDS流流 过，过，I IDSDS随随U UDSDS、U UGSGS变化。当变化。当U UGSGSU

3、 20 天 精确的 烘干工艺烘干工艺.应用于 高品质木材高品质木材, 防止. . 导致变形导致变形 . 影响木材表面影响木材表面 光洁度光洁度 鼓风机 排出冷凝水份 空气冷却器 隔热层 待烘干木堆 最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 木材烘干木材烘干 . 产生气孔产生气孔 精确的 烘干工艺烘干工艺.用于制造 最优品质的砖块最优品质的砖块, 避免. . 变形变形 每一块已干的砖块 含有75% 的水份 将砖块置于烘干 房中的隔板上 一次烘干处理（预干）一次烘干处理（预干） 空气加热设备 起始: 95% rH20C 结束: 40% rH50C 二次烘干处理（主要阶段）二次烘干

4、处理（主要阶段） 起始: 40% rH80C 结束: 20% rH110C 为何选择为何选择Testo 650 PHT温湿度变送器温湿度变送器? - 温度量程高达 180C 涵盖所有烘干工艺所需温度 - 工作压力 10 bar (150 psi) 使用范围广，性能稳定 - 操作简便 低维护成本 每片已干燥砖块 含20%的水份 最终效果最终效果: 烘干房顶端 管道 (防止冷凝物 反向进入致使 机械受损) 最最 新新 湿湿 度度 测测 量量 应应 用用 领领 域域 砖块烘干砖块烘干 RS485 网络网络 6 RS 232 RS 485 PC 带带 ComSoft V3.3 每条每条 RS485 线

5、线: 多达多达32个个Hygrotest Hygrotest 带显示器带显示器 H3: RS485 H4: RS485 + 模拟输出模拟输出 H5: RS485 + 模拟输出模拟输出+继电器模拟输出继电器模拟输出 + 中继中继 PLC 接入接入 RS485 或 避免传统的电缆避免传统的电缆 只使用数字信号 通过总线获得通过总线获得 所有相关信息所有相关信息 最容易的数据最容易的数据 保存保存/记录和数据描述记录和数据描述 波长短的光子衰减快，穿透深度较浅，波长短的光子衰减快，穿透深度较浅， 波长长的光子衰减较慢，能穿透硅片较深区域。波长长的光子衰减较慢，能穿透硅片较深区域。 浅结的光电二极管对

6、紫外光灵敏度高，浅结的光电二极管对紫外光灵敏度高， 深结的光电二极管对红外光灵敏度高；深结的光电二极管对红外光灵敏度高； 这一特征为色敏器件提供了识别颜色的可能。这一特征为色敏器件提供了识别颜色的可能。 1 1 2 2 3 3 UiUi U0U0 I I1 1 U UD DI ID D R1R1 R2R2 + + - - 11 / / 26, DT Di UU DS S IIUR II e mv I B TT ,二极管伏安特征方程 U 电压当量，室温时U反向饱和电流 具体应用时需要的对器件进行标定，测定不同波长时两只二极管具体应用时需要的对器件进行标定，测定不同波长时两只二极管 的短路电流比值

7、，通过判别两只光电二极管光电流的大小判别颜色。的短路电流比值，通过判别两只光电二极管光电流的大小判别颜色。 检测光波长（颜色）处理电路检测光波长（颜色）处理电路彩色信号处理电路，用二极管彩色信号处理电路，用二极管 PNPN结做反馈元件，利用二极管正向导通的伏安特性成指数规律变化，结做反馈元件，利用二极管正向导通的伏安特性成指数规律变化， 构成运算放大器电路。构成运算放大器电路。 I I1 1 是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大；是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大； I I2 2 是深结二极管的短路电流，它在长波区较大是深结二极管的短路电流，它在长波区较大 由此确定二者比值与入射波长关系

8、，所以色彩识别必须获得两个光电由此确定二者比值与入射波长关系，所以色彩识别必须获得两个光电 二极管的短路电流比；二极管的短路电流比； 02121 lnlnln/UCIICII C C为比例常数，使用前需对色敏器件进行标定。为比例常数，使用前需对色敏器件进行标定。 色敏传感器检测电路框图色敏传感器检测电路框图 对数运算电路对数运算电路 检测电路组成：对数电路检测电路组成：对数电路OP1OP1、OP2OP2，运放，运放OP3OP3； 采用对数放大器，电流较小时采用对数放大器，电流较小时 二极管两端电压存在近似对数关二极管两端电压存在近似对数关 系。系。 OP1OP1、OP2OP2输出分别与输出分别与I1I1、 I2I2成比例，由成比例，由OP3OP3取出差值。经取出差值。经 后续后续A/DA/D转换电路处理后输出。转换电路处理后输出。