第七章 磁场与成分参数检测

第七章磁场与成分参数检测第一页，共三十页，2022年，8月28日7.1磁敏传感器

磁敏传感器是基于磁电转换原理制成的。主要器件有磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管。7.1.1磁敏电阻

一、磁阻效应

在磁场作用下，半导体晶片电阻率增大的现象称为物理磁阻效应。在相同磁场作用下，因晶片几何形状不同使电阻值变化不同的现象称为几何磁阻效应。理论推导磁阻效应的表达式为：第二页，共三十页，2022年，8月28日7.1磁敏传感器二、磁敏电阻

磁敏电阻的结构形式有两端型和三端型两种。其技术性能参见所示。7.1.2磁敏二极管

一、基本结构与原理磁敏二极管有锗和硅磁敏二极管两种。图所示为磁敏二极管的结构。第三页，共三十页，2022年，8月28日7.1磁敏传感器二、磁敏二极管特性

1.磁灵敏度2.输出电压特性

3.温度特4.频率特性7.1.3磁敏三极管

一、基本结构与原理

长基区是磁敏三极管的主要特征，图是锗管的结构示意图。

第四页，共三十页，2022年，8月28日7.1磁敏传感器二、磁敏三极管的特性

1.磁灵敏度2.温度特性

3.频率特性

第五页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测本节主要介绍电磁感应法测磁场、磁通门磁强计测磁场、霍尔效应和核磁共振法测磁场。7.2.1电磁感应法测磁场

电磁感应法测磁场的理论基础为电磁感应定。图中，若被测磁场按正弦规律变化，穿过测量线圈的磁通也按正弦规律变化，即：

第六页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测线圈产生的感应电势：有：测出感应电势e，即可算出穿过线圈的磁通幅值φm。被测磁场的Bm和Hm等于：第七页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测一、冲击法

1.测量原理

用冲击法测量直流磁通的接线图如图所示。2.磁通冲击常数的测量方法

测量的电路图如图所示。第八页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测第九页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测二、磁通表

磁通表测量直流磁通的接线示意图如图所示。7.2.2磁通门磁强计测量磁场

第十页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测7.2.3霍尔效应测量磁场

测出霍尔电势UH的大小，即可得出磁感应强度。国产CT3型特斯拉计就是用霍尔效应测量磁感应强度的仪器。可测量交直流磁场的磁感应强度，其结构如图所示。第十一页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测第十二页，共三十页，2022年，8月28日7.2磁场检测7.2.4核磁共振法测量磁场

核磁共振是指在外磁场的作用下原子核产生的能级分裂效应。第十三页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测成分检测的方法主要有化学式、物理式和物理化学式等。7.3.1热导式气体分析仪

热导式气体分析仪是通过检测混合气体导热系数变化得知待测组分含量的。常用的热导式气体分析仪由热导室、测量电桥和显示仪组成。第十四页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测图分别为为热导室电桥。第十五页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测7.3.2热磁式气体分析仪

热磁式气体分析仪是利用气体热磁效应检测待测气体组分含量的仪表。

一、热磁式氧气分析仪

热磁式氧气分析仪利用氧的磁化率比其它组分的大得多；温度的升高磁化率迅速下降的磁特性工作的。第十六页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测热磁式氧气分析仪的原理如图所示第十七页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测二、氧化锆式氧量分析仪

氧化锆式氧量分析仪是由氧化锆固体电解质管、铂电极和引线构成，如图所示。第十八页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测7.3.3红外线气体分析仪

红外线气体分析仪是应用气体对红外线的吸收原理制成的，具有灵敏度高、分析范围广、选择性好等特点。

一、红外线及其特征

红外线是一种波长介于可见光和无线电波之间的电磁波。红外气体分析仪主要用1到25μm的波段。

红外线具有以下两个特征：1.可被物质选择性吸收。2.吸收时能量守恒。

第十九页，共三十页，2022年，8月28日7.3气体成分检测二、光的吸收定律

光的吸收定律又称作朗伯—贝尔定律，表达式为：三、红外线气体分析仪的检测原理及结构

红外线气体分析仪的结构原理如图。主要由红外线辐射光源、气室、红外探测器以及电器电路等部分组成。

第二十页，共三十页，2022年，8月28日7.4气敏传感器本节仅对应用较广的半导体气敏传感器的结构原理及应用做简要介绍。7.4.1半导体气敏传感器

某些半导体元件同气体接触时其性质会发生变化，这些元件被称为半导体气敏传感器。一、基本结构图所示为直热式结构。第二十一页，共三十页，2022年，8月28日7.4气敏传感器二、工作原理

烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型气敏元件，结构模型如图所示。

第二十二页，共三十页，2022年，8月28日7.4气敏传感器三、气敏传感器的应用

1.气体报警器图示为一种简单的家用报警器电路，气敏元件采用直热式的TGS109。

第二十三页，共三十页，2022年，8月28日7.4气敏传感器2.气体检漏仪

将气敏元件作为气电转换元件并配以相应的路而组成。图是用QM－N5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理图。第二十四页，共三十页，2022年，8月28日7.4气敏传感器7.4.2红外吸收式气敏传感器7.4.3薄膜气敏传感器

一、SnO2敏感膜

二、气敏性能与工作温度的关系

三、气敏性能与掺杂的关系

四、气敏性能与薄膜厚度的关系

第二十五页，共三十页，2022年，8月28日7.5湿度和含水量的检测气体中的水分含量称为湿度，固体中的水分含量称为含水量。7.5.1湿度的检测

湿度可分为绝对湿度和相对湿度。湿度的检测方法有多种，常见的有绝对测湿法、相对测湿法和毛发湿度度计法。

7.5.2含水量的检测

含水量的检测主要有电导法、称重法、电容法、红外吸收法、微波吸收法等检测方法。第二十六页，共三十页，2022年，8月28日7.5湿度和含水量的检测一、电导法

如图所示。第二十七页，共三十页，2022年，8月28日7.5湿度和含水量的检测二、称重法

称重法是采用红外线灯为加热源，照射被测物质使其水分完全蒸发即烘干。再用电子称称出烘干前后的重量W1和W2，即可求出其含水量M，即：三、红外吸收法

根据水分对1.94μm波长的红外线吸收较强，对1.84μm波长的红外线几乎不吸收的特性进行测量的方法。

第二十八页，共三十页，2022年，8月28日7.6液体浓度的检测工业电导仪是通过测量溶液的电导，间接地得到溶液浓度的。7.6.1溶液的电导率与浓度的关系

电解质溶