1、 力、转矩和压力传感器力、转矩和压力传感器导体或半导体材料在导体或半导体材料在外界力外界力的作用下，的作用下，会会产生机械变形产生机械变形，其电阻值也将随着发生，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为变化，这种现象称为应变效应应变效应。电阻应变传感器主要由电阻应变传感器主要由电阻应变片电阻应变片及及测量转换电路测量转换电路等组成等组成。一、电阻应变式测力传感器 我们先来做一个实验。当我们用力我们先来做一个实验。当我们用力拉电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，拉电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，直径略有减小，从而导致电阻值直径略有减小，从而导致电阻值R变大。变大。在我们这个实验中，电阻丝的阻值从初在我
2、们这个实验中，电阻丝的阻值从初始状态的始状态的10.00增大到增大到10.05，如图，如图2-4所示。所示。导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变形，其电阻值也将随着发生变化，这种现象称为应变效应。变效应。在工业中，将试材受力后所产生的长度相对变化量在工业中，将试材受力后所产生的长度相对变化量xl/l，称为纵向应变。，称为纵向应变。（一）、（一）、应变原理演示应变原理演示 2llRAr金属丝受拉时，金属丝受拉时，l变长、变长、r变小，导致变小，导致R变大变大。2-1xRKR（二）、应变片的工作原理
3、（二）、应变片的工作原理 设有一长度为、截面积为设有一长度为、截面积为A、半径为、半径为r、电阻率为、电阻率为 的金属单丝，它的电阻值的金属单丝，它的电阻值R可表示为可表示为 2llRArK电阻应变片的灵敏度电阻应变片的灵敏度 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力（或压力）时，上式中，上式中r、l都将发生变化，从而导致电阻值都将发生变化，从而导致电阻值R发生变发生变化。化。当当金属丝受拉金属丝受拉时，时，l将变长将变长、r变小变小，均导致，均导致R变大变大；某些某些半导体受拉半导体受拉时，时，将变大将变大，导致，导致R变大变大。电阻丝及应变片的电阻相对变
4、化量电阻丝及应变片的电阻相对变化量 R R与材料力学与材料力学中的轴向应变中的轴向应变 x的关系在很大范围内是线性的，即的关系在很大范围内是线性的，即 微应变微应变()对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，K K 略微不同，一般为略微不同，一般为2 2左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料，所以灵敏度比金属材料大大几十倍几十倍。在材料力学中，在材料力学中，x=l/l称为电阻丝的称为电阻丝的轴向应变轴向应变，也称纵向应变。也称纵向应变。x通常很小。例如，当通常很小。例如，当
5、 x为为0.000001（10-6）时，在工程中常表示为）时，在工程中常表示为1 m/m或或1微应变微应变(1)。对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向对金属材料而言，当它受力之后所产生的轴向应变最好应变最好不要大于不要大于1 10-3，即，即1000 m/m，否则有可，否则有可能超过材料的极限强度而导致能超过材料的极限强度而导致非线性非线性或或断裂断裂。应变片用于测量力应变片用于测量力F的计算公式的计算公式 由材料力学可知，由材料力学可知，x=F/(AE)，所以，所以 R/R又可表示为又可表示为 2-2RFKRAE 如果应变片的灵敏度如果应变片的灵敏度K 和试件的横截面和试件的横截面积积A
6、以及弹性模量以及弹性模量均为已知，则只要设法均为已知，则只要设法测出测出 R/R的数值，即可获知试件受力的数值，即可获知试件受力的的大小，可用于大小，可用于电子秤电子秤的的称重称重和和测量拉力测量拉力等等。应变片的应用应变片的应用将应变片粘贴在斜拉绳表面将应变片粘贴在斜拉绳表面，可测量斜拉绳所受的拉力，可测量斜拉绳所受的拉力应变片可用于应变片可用于电子秤电子秤（三）、应变片的种类与结构（三）、应变片的种类与结构 应变片可分为应变片可分为金属应变片金属应变片及及半导体应变半导体应变片片两大类。两大类。金属丝式应变片，金属丝金属丝式应变片，金属丝易脱胶易脱胶，逐渐，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变
7、片被箔式所取代。但金属丝式应变片价格便宜价格便宜，多用于，多用于大批量大批量、一次性试验一次性试验。箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻箔式应变片中的箔栅是金属箔通过光刻、腐蚀等工艺制成的。箔式应变片与片基的、腐蚀等工艺制成的。箔式应变片与片基的接触面积大接触面积大得多，得多，散热条件较好散热条件较好，在长时间，在长时间测量时的测量时的蠕变较小蠕变较小，一致性较好一致性较好，目前广泛，目前广泛用于各种应变式传感器中。用于各种应变式传感器中。金属丝式应变片的金属丝式应变片的结构结构半导体应变片半导体应变片 半导体应变片的主要优点是灵敏度高；半导体应变片的主要优点是灵敏度高；缺点是：灵敏度的一致性差
8、、温漂大、电阻缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重。与应变间非线性严重。在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补偿措施。及非线性补偿措施。箔式应变片的外形箔式应变片的外形应变片主要性能指标举例应变片主要性能指标举例 上表中，哪几个型号是上表中，哪几个型号是半导体应变片半导体应变片？依据是什么？依据是什么？应变片的粘贴：应变片的粘贴：1.去污：采用去污：采用手持砂轮工具除去手持砂轮工具除去构件表面的油污、构件表面的油污、漆、锈斑等，并用漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴细纹以增加粘贴力力，用浸有酒精，用浸有酒精
9、或丙酮的纱布片或或丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。脱脂棉球擦洗。2.2.贴片：在应变贴片：在应变片的表面和处理过的片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶层均匀的粘贴胶 ，用镊子将应变片放上用镊子将应变片放上去，并调好位置，然去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用后盖上塑料薄膜，用手指揉和滚压，排出手指揉和滚压，排出下面的气泡下面的气泡 。3.测量测量：从：从分开的端子处，分开的端子处，预先用万用表测预先用万用表测量应变片的电阻，量应变片的电阻，发现端子折断和发现端子折断和坏的应变片。坏的应变片。4.焊接：焊接：将引线和端将引线和端子用烙铁焊接起子用烙铁焊接起来，注意不要
10、把来，注意不要把端子扯断。端子扯断。5.固定：固定：焊接后用胶焊接后用胶布将引线和布将引线和被测对象固被测对象固定在一起，定在一起，防止损坏引防止损坏引线和应变片。线和应变片。（四）、应变效应的应用（四）、应变效应的应用 电阻应变片的应用可分为两大类：电阻应变片的应用可分为两大类：第一类：第一类：是将应变片粘贴于是将应变片粘贴于某些弹性体上，某些弹性体上，并将并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件敏感元件一般为一般为各种弹性体各种弹性体。转换元件转换元件就是就是
11、应应变片变片，测量转换电路测量转换电路一般为一般为桥路桥路；第二类：第二类：是将应变片贴是将应变片贴于被测试件上于被测试件上，然后将其，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。件的应变量。应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器型力传感器 FFFF各种悬臂梁各种悬臂梁 各种悬臂梁各种悬臂梁 FF固定点固定点固定点固定点电缆应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形应变式荷重传感器的外形及应变式荷重传感器的外形及应变片的粘贴位置应变片的粘贴位置FR1R2 R4应变式荷重传感器外形及受力位置应变式荷重传感器外形及受
12、力位置（续）（续）FF应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FF荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示 贴在荷贴在荷重传感器表重传感器表面的应变片面的应变片在向下力的在向下力的作用下产生作用下产生变形。变形。轴向轴向变短变短，径向径向变长变长。汽车衡汽车衡测量测量装货量装货量或或判断超载判断超载电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示人体秤人体秤 吊钩秤吊钩秤 便携式便携式电子秤中的各类弹性元件电子秤中的各类弹性元件 材料应变的测量材料应变的测量斜拉桥上的斜拉绳斜拉桥上的斜拉绳应变测试应变测试 2022-7-2333五、测量转换电路五、测量
13、转换电路不平衡电桥不平衡电桥 金属应变片的电阻变化范围很小，如果金属应变片的电阻变化范围很小，如果直直接用欧姆表测量接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分困难，其电阻值的变化将十分困难，且且误差很大误差很大。例例：金属箔式应变片的标称阻值金属箔式应变片的标称阻值R R0 0为为100100，灵敏度灵敏度K K=2=2，粘贴在横截面积为，粘贴在横截面积为9.8mm9.8mm2 2的钢质圆的钢质圆柱体上，钢的弹性模量柱体上，钢的弹性模量E E=2=2 10101111N/mN/m2 2，所受拉，所受拉力力F F=0.2t=0.2t，受拉后应变片的阻值，受拉后应变片的阻值R R 的变化量仅的变化量仅为为
14、0.20.2。所以必须使用所以必须使用不平衡电桥不平衡电桥来测量这一微小来测量这一微小的变化量，的变化量，将将 R/R转换为转换为输出电压输出电压Uo。2022-7-2334什么是电桥什么是电桥 不平衡电桥由四个电阻不平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂桥臂”。有有4个结点。在个结点。在a、c结点之间接入电源结点之间接入电源Ui，而另一，而另一对结点对结点(b、d)之间的电压差作为输出电压端之间的电压差作为输出电压端Uo。b、d的对地电压相等时称作的对地电压相等时称作“电桥平衡电桥平衡”；反之，；反之，称作称
15、作“电桥不平衡电桥不平衡”。电桥平衡的条件是：电桥平衡的条件是：上下桥臂的左右位置上下桥臂的左右位置电阻比例相等。电阻比例相等。2022-7-2335测量转换电路测量转换电路不平衡电桥不平衡电桥 3i124o1234()2-34RURRRURRRR由由电工学电工学可知：可知：若桥路若桥路4个桥臂个桥臂相邻电阻的电阻相邻电阻的电阻值值变化趋势相反变化趋势相反，桥路的输出电压桥路的输出电压反而反而相互叠加。相互叠加。2022-7-2336电桥平衡的条件电桥平衡的条件：R1/R2=R4/R3 调节调节R RP P ，最终，最终可以使可以使R R1 1/R R2 2=R R4 4/R R3 3（R R
16、1 1、R R2 2 是是R R1 1、R R2 2并联并联R RP P后的等效电阻）后的等效电阻），电，电桥趋于平衡，桥趋于平衡，U Uo o被预调被预调到零位，这一过程称为到零位，这一过程称为调零调零。2022-7-2337单臂电桥单臂电桥单臂半桥的单臂半桥的灵敏度最低。灵敏度最低。计算公式计算公式 441i11ioKURRUU2022-7-2338双臂电桥双臂电桥 R1、R2为应变为应变片片，R3、R4为固定为固定电阻电阻。应变。应变片片R1 、R2 感受到的应变感受到的应变 1、2以及以及产生的电阻增产生的电阻增量量正负号相间正负号相间，可以，可以使使输出电压输出电压Uo成倍成倍地增大
17、地增大。2022-7-2339四臂全桥四臂全桥 全桥的四个桥臂都为全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试件应变片，如果设法使试件受力后，应变片受力后，应变片R1 R4产产生的电阻增量（或感受到生的电阻增量（或感受到的应变的应变 1 4）正负号相间正负号相间，就可以就可以使输出电压使输出电压Uo成倍成倍地增大地增大。上述三种工作方式中，上述三种工作方式中，哪一种灵敏度最高哪一种灵敏度最高?哪一种灵敏度最低哪一种灵敏度最低?2022-7-2340全桥的温度补偿原理全桥的温度补偿原理 当环境温度升高当环境温度升高时，桥臂上的应变片时，桥臂上的应变片温度温度同时升高同时升高，温度，温度引起的电阻值引起
18、的电阻值漂移数漂移数值一致值一致，可以，可以相互抵相互抵消消，所以，所以全桥的温漂全桥的温漂最小。最小。采用全桥（或采用全桥（或双臂半桥）能实现双臂半桥）能实现温度温度自补偿自补偿。2022-7-23412022-7-23422022-7-2343应变式数显扭矩扳手应变式数显扭矩扳手 数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内数显扳手可用于汽车、摩托车、飞机、内燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制燃机、机械制造和家用电器等领域，准确控制紧固螺栓的紧固螺栓的装配扭矩装配扭矩。量程。量程2500Nm，耗电，耗电量量10mA，有公制，有公制/英制单位转换、峰值保持、英制单位转换、峰值保持、自动断电等功
19、能。自动断电等功能。2022-7-2345应变式数显扭应变式数显扭矩扳手（续）矩扳手（续）压阻式固态压力传感器压阻式固态压力传感器 利用扩散工艺制作的利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于四个半导体应变电阻处于同一硅片上，同一硅片上，工艺一致性工艺一致性好好，灵敏度相等灵敏度相等，漂移抵漂移抵消消，迟滞、蠕变非常小，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。动态响应快。压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片压阻式固态压力传感器的隔离、承压膜片 隔离、承压隔离、承压膜片膜片可以将可以将腐蚀腐蚀性的气体性的气体、液体液体与与硅膜片硅膜片 隔离隔离开开来。来。压阻式固态压阻式固态 压力传感器压力传感器 内部结构
20、内部结构信号处理信号处理电路电路p小型压阻式固态压力传感器小型压阻式固态压力传感器高压进气口高压进气口低压进气口低压进气口小型压阻式固态差压传感器（续）小型压阻式固态差压传感器（续）可用于呼吸、透析和注射泵等设备可用于呼吸、透析和注射泵等设备p1进气管进气管p2进气管进气管电缆引出电缆引出小型压阻式固态压力传感器（续）小型压阻式固态压力传感器（续）表压压力传感器表压压力传感器p1进气管进气管汽车子午线轮胎胎压的测量汽车子午线轮胎胎压的测量子午线轮胎子午线轮胎汽车胎压汽车胎压传感器传感器的安装的安装投入式液位计投入式液位计 压阻式固态压力传感器的压阻式固态压力传感器的p1进气孔用进气孔用柔性柔性
21、不锈钢隔离膜片隔离不锈钢隔离膜片隔离，并用硅油传导压力。硅，并用硅油传导压力。硅杯杯不与液体相通，耐腐蚀不与液体相通，耐腐蚀。投入式液位计外形（投入式液位计外形（续）续）压阻式压阻式固态压力固态压力传感器传感器 与水位与水位成正比成正比的光柱的光柱 橡胶橡胶 背压管背压管 进水孔进水孔投入式液位传感器投入式液位传感器 投入式液位投入式液位传感器必须使用传感器必须使用安装支架，适应安装支架，适应于深度为于深度为 几米几米 至至 几十米，且混几十米，且混有有 大大 量量 污物、污物、杂质的水或其他杂质的水或其他液体的液位测量。液体的液位测量。投入式液位计液位的计算投入式液位计液位的计算：安装高度安
22、装高度h0处水的表压处水的表压 p1=gh1 所以：所以：h=h0+h1=h0+p1/（g）例：液位计安装高度为例：液位计安装高度为1m，测得压力为，测得压力为98kPa，求水的，求水的深度深度h。与计算机接口的多路电阻应变测量模块与计算机接口的多路电阻应变测量模块 第三节第三节 测温热电阻传感器测温热电阻传感器 一、金属热电阻一、金属热电阻 温度升高，金属内部原子晶格的振动温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧加剧，从而使金属内部的，从而使金属内部的自由电子通过金自由电子通过金属导体时的阻碍增大属导体时的阻碍增大，宏观上表现出，宏观上表现出电阻电阻率变大，电阻值增加率变大，电阻值增加，我们称其
23、为，我们称其为正温度正温度系数，即系数，即电阻值与温度的变化趋势相同电阻值与温度的变化趋势相同。测温热电阻可分为测温热电阻可分为金属金属和和半导体半导体两大类。两大类。金属丝电阻随温度增高而变大的演示金属丝电阻随温度增高而变大的演示 我们先来做一个实验。当我们用力拉电阻丝时，电阻丝的长度我们先来做一个实验。当我们用力拉电阻丝时，电阻丝的长度略有增加，直径略有减小，从而导致电阻值略有增加，直径略有减小，从而导致电阻值R变大。在我们这个变大。在我们这个实验中，电阻丝的阻值从初始状态的实验中，电阻丝的阻值从初始状态的10.00增大到增大到10.05，如，如图图2-4所示。所示。超导现象超导现象 19
24、111911年，荷兰物理学家昂内斯（年，荷兰物理学家昂内斯（Kamerlingh Kamerlingh OnnesOnnes）在用液氦将汞的温度降到）在用液氦将汞的温度降到4.2K4.2K时，时，发现汞的电阻降发现汞的电阻降为零。昂内斯将这为零。昂内斯将这种现象称为物质的种现象称为物质的超导性。后来昂内超导性。后来昂内斯和其他科学家陆斯和其他科学家陆续发现了其他一些续发现了其他一些金属也是超导体。金属也是超导体。昂内斯因为这项重昂内斯因为这项重大发现而获得大发现而获得1913年的诺贝尔物理学年的诺贝尔物理学奖。奖。易提纯、复现性好的金属材料才可用于制作热电阻易提纯、复现性好的金属材料才可用于制
25、作热电阻 请挑选适合于制作热电阻的金属材料请挑选适合于制作热电阻的金属材料金属热电阻材料的主要技术性能金属热电阻材料的主要技术性能 薄膜式及装配式铂热电阻薄膜式及装配式铂热电阻 小型铂热电阻小型铂热电阻 防爆型铂热电阻防爆型铂热电阻 坚实的外壳起坚实的外壳起“隔爆隔爆”作作用用汽车用水温传感器及水温表汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻学习查学习查“铂热电阻分度铂热电阻分度表表”请判断铂热电阻是否请判断铂热电阻是否线性线性铂电阻温度显示、变送器铂电阻温度显示、变送器上下限设定键上下限设定键上限上限下限下限上上限上上限下下限下下限测量值测量值可设定温度的温度控制箱可设定温度的温度控制箱 旋
26、转式机械旋转式机械 设定开关设定开关 拨码式拨码式 设定开关设定开关哪一种更适合哪一种更适合车间车间使用？使用？二、热敏电阻二、热敏电阻 热敏电阻有负温度系数（热敏电阻有负温度系数（NTC）和正温度）和正温度系数（系数（PTC）之分。）之分。NTC又可分为两大类：又可分为两大类：第一类的第一类的电阻值与温度电阻值与温度之间呈之间呈严格的负指严格的负指数关系，因此可用于测量温度：数关系，因此可用于测量温度：第二类为突变型（第二类为突变型（CTR）。当温度上升）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于，可用于控制温度控制温度。011()0BTTTRR e热敏
27、电阻的外形、结构及符号热敏电阻的外形、结构及符号 a a）圆片型热敏电阻）圆片型热敏电阻 b b）柱型热敏电阻）柱型热敏电阻 c c）珠型）珠型热敏电阻热敏电阻 d d）铠装型）铠装型 e e）厚膜型）厚膜型 f f）图形符号）图形符号1 1热敏电阻热敏电阻 2 2玻璃外壳玻璃外壳 3 3引出线引出线 4 4紫铜外壳紫铜外壳 5 5传热安装孔传热安装孔 PTC热敏电阻热敏电阻 PTC热敏电阻属于临界温度型（热敏电阻属于临界温度型（CTR）。）。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。大功率可用于各种电子电路中抑制浪涌
28、电流。大功率PTC还可用作暖风机中的加热元件。还可用作暖风机中的加热元件。恒温加热恒温加热PTC热敏电阻热敏电阻 下图所示的恒温加热下图所示的恒温加热PTC热敏电阻的热敏电阻的温度将温度将恒定在多少度范围恒定在多少度范围？为什么？为什么？加热电流加热电流约为多约为多少少A？将暖风机的将暖风机的“风风量量”加大后，加大后，PTC的的温度为什温度为什么不会下降么不会下降？加加热功率如何变化热功率如何变化？下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻下图所示的四根曲线分别为哪一种热敏电阻？热敏电阻的特性曲线如下图热敏电阻的特性曲线如下图2，计算公式如下，计算公式如下，R01M，T025，B=4000,求求
29、100 时的电时的电阻值阻值 解：解：T=273+100=373KT=273+100=373K（开氏）（开氏）结论：结论：100 时的阻值只时的阻值只有有25 时的时的1/15。01111()4000()298 373T010.067M67kBTTRR ee 热敏电阻外形热敏电阻外形 MF12型型 NTC热敏电热敏电阻阻聚脂塑料封装聚脂塑料封装热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他
30、形式的热敏电阻（续）（续）贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻其他形式的热敏电阻其他形式的热敏电阻（续）（续）MF58型（珠形）型（珠形）高精度负温度系数高精度负温度系数热敏电阻热敏电阻MF5A-3型热敏电阻型热敏电阻（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）（参考深圳科蓬达电子有限公司资料）非标热敏电阻非标热敏电阻非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）非标热敏电阻（续）热敏电阻温度面板热敏电阻温度面板表表 热敏电阻热敏电阻 LCD热敏电阻体温表热敏电阻体温表 热敏电阻体温表的调试、标定方法热敏电阻体温表的调试、标定方法 调试时，调试时，应该先调应该先调哪一哪一只电位器只电位器，再，再调
31、调哪一只电位哪一只电位器？器？如何检验如何检验表面刻度中其表面刻度中其他各点是否准他各点是否准确？具体步骤确？具体步骤如何进行？如何进行？热敏电阻与电容器组成的热敏电阻与电容器组成的RCRC多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器又称为矩形波发生器。多谐振荡器又称为矩形波发生器。f1/(2RC)Rt去计算机的去计算机的计数器计数器ff热敏电阻用于热敏电阻用于CPU的温度测量的温度测量 （参考小熊在线公司资料）（参考小熊在线公司资料）热敏电阻用于热敏电阻用于电热水器电热水器的温度控制的温度控制 2022-7-2391第四节第四节 气敏电阻传感器气敏电阻传感器 工业、科研、生活、医疗、农业等许多工业、科研
32、、生活、医疗、农业等许多领域都需要测量环境中某些气体的成分、浓领域都需要测量环境中某些气体的成分、浓度。例如，煤矿中瓦斯气体浓度超过极限值度。例如，煤矿中瓦斯气体浓度超过极限值时，有可能发生爆炸；家庭发生煤气泄漏时，时，有可能发生爆炸；家庭发生煤气泄漏时，可能发生悲剧性事件；农业塑料大棚中可能发生悲剧性事件；农业塑料大棚中CO2浓度不足时，农作物将减产；锅炉和汽车发浓度不足时，农作物将减产；锅炉和汽车发动机汽缸燃烧过程中动机汽缸燃烧过程中O2含量不达标时，效含量不达标时，效率将下降，并造成环境污染。率将下降，并造成环境污染。在这一节里，卡卡给大家介绍气敏电阻在这一节里，卡卡给大家介绍气敏电阻传
33、感器的特性及其典型应用传感器的特性及其典型应用2022-7-2392气敏电阻可以把某种气体的气敏电阻可以把某种气体的成分成分、浓度浓度等参数转等参数转换成换成电阻变化量电阻变化量，再转换为，再转换为电流、电压电流、电压信号。信号。气敏电阻品种繁多，主要有可测量还原性气敏电阻品种繁多，主要有可测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。气体和测量氧气浓度的两大类。2022-7-2393一、还原性气体传感器一、还原性气体传感器 在化学反应中，还原性气体是给出电子还是在化学反应中，还原性气体是给出电子还是得到电子？得到电子？还原性气体还原性气体多数属于多数属于可燃性气体可燃性气体，例如石油，例如石油蒸气、
34、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。氢气等。测量还原性气体的气敏电阻一般是用测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或或Fe2O3等金属氧化物粉料烧结而成的半导等金属氧化物粉料烧结而成的半导体器件。体器件。2022-7-2394MQNMQN型气敏电阻结构及测量电路型气敏电阻结构及测量电路 a a）气敏烧结体）气敏烧结体 b b）气敏电阻外形）气敏电阻外形 c c）基本测量电路）基本测量电路 11引脚引脚 22塑塑料底座料底座 33烧结烧结体体 44不锈钢网不锈钢网罩罩 55加热电极加热电极 6 6工作电极工作电极 7 7加热电源加热电源
35、 8 8测量电源测量电源 2022-7-2395在学习过的化学知识中，所谓还原性气体，就是在在学习过的化学知识中，所谓还原性气体，就是在化学反应中能逸出电子，化学价升高的气体。还原化学反应中能逸出电子，化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、煤气、天然气、氢气等。蒸气、甲烷、煤气、天然气、氢气等。回回 顾顾 一一 下下2022-7-2396表表2-4 2-4 几种国产气敏电阻的主要特性几种国产气敏电阻的主要特性型号参数型号参数UL206UL282UL281MQN10检测对象检测对象烟雾烟雾酒精蒸气酒精蒸气煤气煤气
36、可燃性气体可燃性气体测量回路电测量回路电压压/V151.5151.510+1101加热回路电加热回路电压压/V50.550.5清洗清洗5.5+0.5工作工作0.8+0.150.5加热电流加热电流/mA160180160180清洗清洗190工作工作2535160180环境温度环境温度/-1050-1050-1050-2050环境湿度环境湿度/%RH0.950.950.950.952022-7-2397n MQN型气敏半导体器件的烧结体中，型气敏半导体器件的烧结体中，有两组铂丝。有两组铂丝。一组铂丝为测量电极一组铂丝为测量电极，另一组另一组（上图中的左边铂丝）为加热电极兼测量电极。（上图中的左边铂
37、丝）为加热电极兼测量电极。n 气敏电阻工作时必须加热到气敏电阻工作时必须加热到200 300，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作用）。程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作用）。2022-7-2398部分气敏电阻外形部分气敏电阻外形 酒精传感器酒精传感器2022-7-2399酒精传感器技术指标酒精传感器技术指标 工作电压工作电压 DC3V（2A5电池）；工作电流电池）；工作电流 120mA；使用环境使用环境 温度：温度：045；相对湿度：相对湿度：95%RH；预热时间；预热时间 10秒秒（初次预热（初次预热18秒）
38、；测试时间秒）；测试时间 8秒；测量范秒；测量范围围 0.001.00mg/L；报警浓度报警浓度 0.24mg/L；准确；准确度度 10%F.S 2022-7-23100酒精测试仪酒精测试仪呼气管呼气管2022-7-23101气敏电阻的选择性气敏电阻的选择性2022-7-23102在图在图2-24中，气敏电阻在被测气体浓度较低时有较中，气敏电阻在被测气体浓度较低时有较大的电阻变化，而当被测气体浓度较大时，其电阻大的电阻变化，而当被测气体浓度较大时，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性。率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性。这种特性较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超这种特性较适用于气体的微量检漏
39、、浓度检测或超限报警，被广泛用于煤炭、石油、化工、家居等各限报警，被广泛用于煤炭、石油、化工、家居等各种领域。种领域。观观 察察 和和 分分 析析2022-7-23103 气敏半导体的灵敏度特性曲线气敏半导体的灵敏度特性曲线 观察右图这观察右图这些曲线，有何些曲线，有何特特点点？可以得出哪？可以得出哪些启示？些启示？请说明非线性请说明非线性特性对特性对浓度超限浓度超限报警报警是否有利，是否有利，为什么？为什么？2022-7-23104家庭用煤气报警器家庭用煤气报警器2022-7-23105家庭用液化气家庭用液化气报警器报警器2022-7-23106一氧化碳传感器一氧化碳传感器2022-7-23
40、107其他气体传感器其他气体传感器NH3传感器传感器煤矿瓦斯报警器煤矿瓦斯报警器2022-7-23108各种酒精各种酒精传感器传感器 2022-7-2310912.12.酒后驾车测试仪酒后驾车测试仪 酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素。请你利用学过的知识，设计一带有较大的主观因素。请你利用学过的知识，设计一台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪 2022-7-23110酒后驾车测试仪的试制酒后驾车测试仪的试制 酒后驾车测试仪散件酒后驾车测试仪散件呼气管呼气管2022-7-231112022-7
41、-23112汽车尾气分析汽车尾气分析2022-7-23113有毒气体传感器的使用有毒气体传感器的使用2022-7-23114第五节第五节 湿敏电阻传感器湿敏电阻传感器 许多储物仓库在湿度超过某一程度时，物许多储物仓库在湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象；居室的湿度希望品易发生变质或霉变现象；居室的湿度希望适中；而纺织厂要求车间的相对湿度保持在适中；而纺织厂要求车间的相对湿度保持在60%70%；在农业生产中的温室育苗、食；在农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。测和控制。湿度有绝对湿度和相对湿度之分。在这一湿度有绝
42、对湿度和相对湿度之分。在这一节里，卡卡给大家介绍测量相对湿度的湿敏节里，卡卡给大家介绍测量相对湿度的湿敏电阻传感器特性及其应用。电阻传感器特性及其应用。2022-7-23115绝对湿度绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每一立：是指大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的方米大气中所含水汽的质量质量(克数克数)。相对湿度（相对湿度（RH）：是大气中实有水汽压与：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽压的当时温度下饱和水汽压的百分比百分比，是日常生活中，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法。当相对湿度达常用来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%100%时，称饱和状态。时，称饱和状态。湿敏
43、电阻的原理：湿敏电阻的原理：水分子极易吸附于固体表水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值降面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值降低，低，因此可以利用因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料湿材料制作湿敏电阻。制作湿敏电阻。2022-7-23116湿度传感器的分类湿度传感器的分类 2022-7-23117水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害 2022-7-23118湿度对电子元件的影响湿度对电子元件的影响 当环境的相对湿度增大时，物体表面就当环境的相对湿度增大时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅
44、会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。起有机材料的霉烂。2022-7-23119露点露点 降低温度降低温度会产生结露现会产生结露现象。露点与农象。露点与农作物的生长有作物的生长有很大关系，结很大关系，结露也严重影响露也严重影响电子仪器的正电子仪器的正常工作，必须常工作，必须予以注意。予以注意。测量露点的仪器测量露点的仪器2022-7-23120露点传感器外形露点传感器外形 2022-7-23121电子电子湿度计模块湿度计模块2
45、022-7-23122电子电子湿度计模块湿度计模块封装后封装后的外形的外形2022-7-23123电子式电子式温湿度计温湿度计2022-7-23124机械机械式、式、电子式电子式温湿度计对比温湿度计对比2022-7-23125陶瓷湿度传感器特性曲线陶瓷湿度传感器特性曲线 陶瓷湿度陶瓷湿度传感器特性曲传感器特性曲线采用对数坐线采用对数坐标有何意义？标有何意义？其电阻率变化其电阻率变化约有多少个数约有多少个数量级？量级？温度升高，灵温度升高，灵敏度如何变化？敏度如何变化？2022-7-23126电子相对湿度仪表的标定仪器电子相对湿度仪表的标定仪器 干湿球湿度计外形及原理干湿球湿度计外形及原理干球干球湿球湿球休休 息息 一一 下下
