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傳感器的常識簡述（二）

傳感器的常識簡述（二）：

硫化鎘光敏電阻器的參數(shù)：

型號規(guī)格 MG41-22 MG42-16 MG44-02 MG45-52
環(huán)境溫度（℃） -40 ～ +60 -25 ～ +55 -40 ～ +70 -40 ～ +70
額定功率（ mW ） 20 10 5 200
亮阻， 100lx （ k Ω） ≤ 2 ≤ 50 ≤ 2 ≤ 2
暗阻， 0lx （ M Ω） ≥ 1 ≥ 10 ≥ 0.2 ≥ 1
響應時間 （ ms ） ≤ 20 ≤ 20 ≤ 20 ≤ 20
*高工作電壓（ v ） 100 50 20 250

2 光電二極管
和普通二極管相比，除它的管芯也是一個 PN 結(jié)、具有單向?qū)щ娦阅芡?，其他均差異很大。首先管芯?nèi)的 PN 結(jié)結(jié)深比較淺（小于 1 微米），以提高光電轉(zhuǎn)換能力；** PN 結(jié)面積比較大，電極面積則很小，以有利于光敏面多收集光線；第三光電二極管在外觀上都有一個用有機玻璃透鏡密封、能匯聚光線于光敏面的“窗口”；所以光電二極管的靈敏度和響應時間遠遠優(yōu)于光敏電阻。

常見的幾種光電二極管及符號如下：
2DU 有前極、后極、環(huán)極三個極。其中環(huán)極是為了減小光電二極管的暗電流和增加工作穩(wěn)定性而設計增加的，應用時需要接電源正極。

光電二極管的主要參數(shù)有：*高工作電壓（ 10 ～ 50V ） , 暗電流（≤ 0.05 ～ 1 微安），光電流（＞ 6 ～ 80 微安），光電靈敏度、響應時間（幾十 ns ～幾十μ s ）、結(jié)電容和正向壓降等。
光電二極管的優(yōu)點 : 線性好，響應速度快，對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點 : 單獨使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。適用于通訊及光電控制等電路。
光電二極管的檢測可用萬用表 R × 1K 擋，避光測正向電阻應 10K Ω～ 200 K Ω，反向應，去掉遮光物后向右偏轉(zhuǎn)角越大，靈敏度越高。
光電三極管可以視為一個光電二極管和一個三極管的組合元件，由于具有放大功能，所以其暗電流、光電流和光電靈敏度比光電二極管要高得多，但結(jié)構原因使結(jié)電容加大，響應特性變壞。廣泛應用于低頻的光電控制電路。
半導體光電器件還有 MOS 結(jié)構，如掃描儀、攝象頭中常用的 CCD （電荷耦合器件）就是集成的光電二極管或 MOS 結(jié)構的陣列。

三 氣敏傳感器及氣敏元件
教材僅要求簡單的熱敏電阻和光敏電阻特性實驗。由于氣體與人類的日常生活密切相關，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。

例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達 0.8 ～ 1.15 ml/L 時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至暈厥等狀態(tài)，達 1.84ml/L 時則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險，因此對一氧化碳檢測必須快而準。

利用 SnO2 金屬氧化物半導體氣敏材料，通過顆粒超微細化和摻雜工藝制備 SnO2 納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當燒結(jié)工藝進行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型 CO 敏感元件，能夠探測 0.005% ～ 0.5% 范圍的 CO 氣體。

還有許多易爆可燃氣體、酒精氣體、汽車尾氣等有毒氣體的進行探測的傳感器。常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器等。

接觸燃燒式氣體傳感器 的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可???面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持 300 ℃～ 400 ℃的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。

電化學氣敏傳感器 一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。

半導體氣敏傳感器 具有靈敏度高、響應快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點，應用極其廣泛；下面重點介紹半導體氣敏傳感器及其氣敏元件

半導體氣敏元件有 N 型和 P 型之分。 N 型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減?。?P 型阻值隨氣體濃度的增大而增大。

像 SnO2 金屬氧化物半導體氣敏材料，屬于 N 型半導體，在 200 ～ 300 ℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體（如 CO 等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導體表面；氧脫附放出電子，可燃**體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導體導帶電子密度增加，電阻值下降?？扇夹詺怏w不存在了，金屬氧化物半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導體氣敏元件檢測可燃氣體的基本原理。

目前國產(chǎn)的氣敏元件有 2 種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導體管芯內(nèi)；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。

氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流，測量回路電壓，靈敏度，響應時間，恢復時間，標定氣體（ 0.1% 丁烷氣體）中電壓，負載電阻值等。

QM-N5 型氣敏元件適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，屬于 N 型半導體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應和恢復時間短，市場上應用廣泛。

QM-N5 氣敏元件參數(shù)如下：標定氣體（ 0.1% 丁烷氣體，*佳工作條件）中電壓≥ 2V ，響應時間≤ 10S ，恢復時間≤ 30S ，*佳工作條件加熱電壓 5V 、測量回路電壓 10V 、負載電阻 RL 為 2K ，允許工作條件加熱電壓 4.5 ～ 5.5V 、測量回路電壓 5 ～ 15V 、負載電阻 0.5 ～ 2.2K 。常見的氣敏元件還有 MQ-31 （專用于檢測 CO ）， QM-J1 酒敏元件等。

四 力敏傳感器和力敏元件
力敏傳感器的種類甚多，傳統(tǒng)的測量方法是利用彈性材料的形變和位移來表示。隨著微電子技術的發(fā)展，利用半導體材料的壓阻效應（即對其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化）和良好的彈性，已經(jīng)研制出體積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學量的測量。

五 磁敏傳感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍爾器件（基于霍爾效應）、磁阻器件（基于磁阻效應：外加磁場使半導體的電阻隨磁場的增大而增加。）、磁敏二極管和三極管等。以磁敏元件為基礎的磁敏傳感器在一些電、磁學量和力學量的測量中廣泛應用。

在一定意義上傳感器與人的感官有對應的關系，其感知能力已遠超過人的感官。例如利用目標自身紅外輻射進行觀察的紅外成像系統(tǒng)（夜像儀），黑夜中可 1000 米發(fā)現(xiàn)人， 2000 米發(fā)現(xiàn)車輛；熱像儀的核心部件是紅外傳感器。


1991 年海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克的坦克配置的夜視儀探測距離僅 800 米，還不及美英聯(lián)軍的一半，黑暗中被打得慘敗是必然的。目前世界各國都將傳感器技術列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術的重點。為了大幅度提供傳感器的性能，將不斷采用新結(jié)構、新材料和新工藝，向小型化、集成化和智能的方向發(fā)展。

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