第七章-半导体感器

1、2020/9/14,沈阳铁路机械学校,1,第七章 半导体传感器,热敏电阻 湿敏传感器 气敏传感器 磁敏传感器 趣味小制作：湿度检测计,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,2,思考一,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？,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,3,热敏电阻,结构外形：圆片形、柱形、珠形等 符号,圆片形,柱形,珠形,符号,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,4,分类,按温度系数分： 负温度系数热敏电阻（NTC） 正温度系数热敏电阻（PTC） 热敏电阻按结构形式 体型、薄膜型和厚膜型

2、 按工作方式分 直热式、旁热式和延迟电路 按工作温区可分为 常温区（-60+200）、高温区（200）、低温区,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,5,热敏电阻的应用,热敏电阻测温 热敏电阻用于温度补偿,仪表中常用的一些零件多数是用金属丝做成的，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,6,热敏电阻的应用 温度控制,热敏电阻用于将突变型热敏电阻埋设在被测物中，并与继电器串联，给电路加上恒定电压。 当周围介质温度升到某一数值时，电路中的电流便可由零点几毫安突变为几十毫安 继电器动作，从而实现温度控制或过

3、热保护。,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,7,热敏电阻应用实例,体温计,CPU测温,热水器温度控制,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,8,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，炉中湿度会怎样变化呢？,思考二,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,9,湿敏传感器,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,10,湿度及其表示方法,绝对湿度 ：绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量 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百分数 露点温度 ：在一定浓度下，气体中所能

4、容纳的水汽含量有限，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,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,11,湿敏传感器的分类,水分子亲和力型 利用水分子易于吸附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为水分子亲和力型 非水分子亲和力型 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,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,12,湿敏传感器的应用,汽车挡风玻璃自动除湿控制 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所,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,13,粮油肉水分检查仪,水分含量高则Rx阻值小，振荡

5、频率就高；反之，振荡频率就低。 当Rx大到2左右时，水分小，接通电源后喇叭会发出“哒哒”声响，指示灯LED发出闪烁的红光；反复进行比较Rx的振荡频率，从而判断水分相对含量。,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,14,自动烹调湿度检测系统,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热，依据湿度变化来控制烹调过程的进行,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,15,思考三,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？酒后驾驶当然危险，那交警是怎样检查驾驶人员是否喝了酒呢？,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,16,气敏传感器,202

6、0/9/14,沈阳铁路机械学校,17,电阻型气敏传感器结构烧结型,内热式烧结型,旁热式烧结型,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,18,电阻型气敏传感器结构,薄膜型,厚膜型,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,19,非电阻型气敏传感器的结构,FET型气敏传感器 二极管式气敏传感器,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,20,工作机理,电阻型半导体气敏传感器的工作机理可以用吸附效应来解释 当半导体气敏元件加热到稳定状态时，若有气体吸附，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，另一部分分子产生热分解而吸附在表面。 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

7、附的气体分子就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氧化性气体 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。具有正离子吸附性质的气体称为还原性气体,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,21,工作机理,当氧化性气体吸附到N型半导体或还原性气体吸附到P型半导体上时，将使半导体载流子减少，从而使敏感元件的电阻率增大； 当氧化性气体吸附到P型半导体或还原性气体吸附到N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。,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,22,气敏传感器的应用,有害气体检测报

8、警器,家用煤气报警器,烟雾报警器,电路原理图,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,23,气敏传感器的应用,简易酒精测试器,酒精测试仪,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,24,思考四,或许你已见过验钞笔或验钞机的使用，可你知道它的工作原理吗？,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,25,磁敏传感器,磁阻传感器 磁敏二极管 磁敏三极管,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,26,磁阻效应,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转，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减少，从而使电阻增加，这种现象称为磁阻效应,2020/9/1

9、4,沈阳铁路机械学校,27,磁敏电阻的形状,常见的磁敏电阻是圆盘形的，中心和边缘处为两电极，这种圆盘形磁敏电阻叫做科尔比诺圆盘磁阻,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,28,磁敏电阻的结构,金属栅膜磁敏电阻,共晶型磁敏电阻,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,29,磁敏二极管,结构 符号,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,30,磁敏二极管工作原理,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。 当磁敏二极管受到外界磁场H+（正向磁场）作用时，形成的电流减小，电阻增大。 当磁敏二极管受到外界磁场H-（反向磁场）作用时，电流变大，电阻减小。 从而根据电流的大小可测得磁场的方向和强

10、度。,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,31,磁敏三极管,结构 符号,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,32,磁敏三极管工作原理,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； 磁敏三极管当受到正向磁场H+作用时 ，导致集电极的电流明显下降 当反向磁场H-作用时， 使集电极电流增大 可利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,33,磁敏传感器的应用,磁阻转速传感器,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,34,磁敏二极管漏磁探伤仪,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,35,磁敏传感器的应用,磁敏三极管电位器,磁敏电阻无触点开关,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,36,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,2020/9/14,沈阳铁路机械学校,37,趣味小制作：湿度检测器,细导线丝、报警器（喇叭）