傳感器的常識簡述（一）：

什么叫傳感器？

從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成，有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構(gòu)成傳感器。

敏感元器件品種繁多，就其感知外界信息的原理來講，可分為①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和**等分子識別功能。

通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將傳感器分 46 類）。下面對常用的熱敏、光敏、氣敏、力敏和磁敏傳感器及其敏感元件介紹如下。

一 溫度傳感器及熱敏元件
溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因?yàn)樵谠试S工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，而且制造工藝簡單、價格低廉。

1. 半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理
按溫度特性熱敏電阻可分為兩類，隨溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
⑴ 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
此種熱敏電阻以鈦酸鋇（ BaTio3 ）為基本材料，再摻入適量的稀土元素，利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料，但摻入適量的稀土元素如鑭（ La ）和鈮（ Nb ）等以后，變成了半導(dǎo)體材料，被稱半導(dǎo)體化鈦酸鋇。它是一種多晶體材料，晶粒之間存在著晶粒界面，對于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個位壘。當(dāng)溫度低時，由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場的作用，導(dǎo)電電子可以很容易越過位壘，所以電阻值較?。划?dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度，此元件的‘溫度控制點(diǎn)’ 一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為 120 ℃）時，內(nèi)電場受到破壞，不能幫助導(dǎo)電電子越過位壘，所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫的功能，只發(fā)熱，不發(fā)紅，無明火，不易燃燒，電壓交、直流 3 ～ 440V 均可，使用壽命長，非常適用于電動機(jī)等電器裝置的過熱探測。
⑵ 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料，采用陶瓷工藝制造而成。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，完全類似于鍺、硅晶體材料，體內(nèi)的載流子（電子和空穴）數(shù)目少，電阻較高；溫度升高，體內(nèi)載流子數(shù)目增加，自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類型很多，使用區(qū)分低溫（ -60 ～ 300 ℃）、中溫（ 300 ～ 600 ℃）、高溫（ >600 ℃）三種，有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、壽命長、價格低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要定點(diǎn)測溫的溫度自動控制電路，如冰箱、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng)。
熱敏電阻與簡單的放大電路結(jié)合，就可檢測千分之一度的溫度變化，所以和電子儀表組成測溫計(jì)，能完成高精度的溫度測量。普通用途熱敏電阻工作溫度為 -55 ℃～ +315 ℃，特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?-55 ℃，可達(dá) -273 ℃。

2. 熱敏電阻的型號
我國產(chǎn)熱敏電阻是按部頒標(biāo)準(zhǔn) SJ1155-82 來制定型號，由四部分組成。
**部分：主稱，用字母‘ M ’表示 敏感元件。
**部分：類別，用字母‘ Z ’表示正溫度系數(shù)熱敏電阻器，或者用字母‘ F ’表示負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。
第三部分：用途或特征，用一位數(shù)字（ 0-9 ）表示。一般數(shù)字‘ 1 ’表示普通用途，‘ 2 ’表示穩(wěn)壓用途（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 3 ’表示微波測量用途（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 4 ’表示旁熱式（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 5 ’表示測溫用途，‘ 6 ’表示控溫用途，‘ 7 ’表示消磁用途（正溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 8 ’表示線性型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 9 ’表示恒溫型（正溫度系數(shù)熱敏電阻器），‘ 0 ’表示特殊型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器）
第四部分：序號，也由數(shù)字表示，代表規(guī)格、性能。
往往廠家出于區(qū)別本系列產(chǎn)品的特殊需要，在序號后加‘派生序號’，由字母、數(shù)字和‘ - ’號組合而成。
例： M Z 1 1

3. 熱敏電阻器的主要參數(shù)
各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項(xiàng)：標(biāo)稱電阻值、使用環(huán)境溫度（*高工作溫度）、測量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（*大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)、時間常數(shù)等。其中標(biāo)稱電阻值是在 25 ℃零功率時的電阻值，實(shí)際上總有一定誤差，應(yīng)在± 10% 之內(nèi)。普通熱敏電阻的工作溫度范圍較大，可根據(jù)需要從 -55 ℃到 +315 ℃選擇，值得注意的是，不同型號熱敏電阻的*高工作溫度差異很大，如 MF11 片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為 +125 ℃，而 MF53-1 僅為 +70 ℃，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時應(yīng)注意（一般不要超過 50 ℃）。

4 實(shí)驗(yàn)用熱敏電阻選擇
優(yōu)選普通用途負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，因它隨溫度變化一般比正溫度系數(shù)熱敏電阻器易觀察，電阻值連續(xù)下降明顯。若選正溫度系數(shù)熱敏電阻器，實(shí)驗(yàn)溫度應(yīng)在該元件居里點(diǎn)溫度附近。

例 :MF11 普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)名稱 參數(shù)值 MF11 熱敏電阻符號外形圖
標(biāo)稱阻值（ k Ω） 10 ～ 15 片狀外形 符號
額定功率 （ W ） 0.25
材料常數(shù) B 范圍（ k ） 1980 ～ 3630
溫度系數(shù)（ 10-2/ ℃） - （ 2.23 ～ 4.09 ）
耗散系數(shù)（ mW/ ℃） ≥ 5
時間常數(shù)（ s ） ≤ 30
*高工作溫度（℃） 125

粗測熱敏電阻的值，宜選用量程適中且通過熱敏電阻測量電流較小萬用表。若熱敏電阻 10k Ω左右，可以選用 MF10 型萬用表，將其擋位開關(guān)撥到歐姆擋 R × 100 ，用鱷魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻的兩引腳。在環(huán)境溫度明顯低于體溫時，讀數(shù) 10.2k , 用手捏住熱敏電阻，可看到表針指示的阻值逐漸減小；松開手后，阻值加大，逐漸復(fù)原。這樣的熱敏電阻可以選用（*高工作溫度 100 ℃左右）。

幾種實(shí)用測溫傳感器
a 空調(diào)內(nèi)專用溫控傳感器：熱敏元件封在銅金屬中。
b 氣溫測量傳感器

二 光傳感器及光敏元件
光傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。市場出售的有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池等。

1. 光敏電阻器
光敏電阻器由能透光的半導(dǎo)體光電晶體構(gòu)成 ，因半導(dǎo)體光電晶體成分不同，又分為可見光光敏電阻（硫化鎘晶體）、紅外光光敏電阻（砷化鎵晶體）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅晶體）。當(dāng)敏感波長的光照半導(dǎo)體光電晶體表面，晶體內(nèi)載流子增加，使其電導(dǎo)率增加（即電阻減?。?br>
光敏電阻的主要參數(shù)：
◆光電流 、亮阻：在一定外加電壓下，當(dāng)有光（ 100lx 照度）照射時，流過光敏電阻的電流稱光電流；外加電壓與該電流之比為亮阻，一般幾 k Ω～幾十 k Ω。
◆暗電流、暗阻：在一定外加電壓下，當(dāng)無光（ 0 lx 照度）照射時，流過光敏電阻的電流稱暗電流；外加電壓與該電流之比為暗阻，一般幾百 k Ω～幾千 k Ω以上。
◆*大工作電壓：一般幾十伏至上百伏。
◆環(huán)境溫度：一般 -25 ℃至 +55 ℃，有的型號可以 -40 ℃至 +70 ℃。
◆額定功率（功耗）：光敏電阻的亮電流與外電壓乘積；可有 5mW 至 300mW 多種規(guī)格選擇。
◆光敏電阻的主要參數(shù)還有響應(yīng)時間、靈敏度、光譜響應(yīng)、光照特性、溫度系數(shù)、伏安特性等。
值得注意的是，光照特性（隨光照強(qiáng)度變化的特性）、溫度系數(shù)（隨溫度變化的特性）、伏安特性不是線性的，如以 CdS （硫化鎘）光敏電阻的光阻有時隨溫度的增加而增大，有時隨溫度的增加又變小。