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(jià)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(duì)于導(dǎo)電電子而言，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘。當(dāng)溫度低時(shí)，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??；當(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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(jià)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(dòng)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(hào)

我國產(chǎn)熱敏電阻是按部頒標(biāo)準(zhǔn)SJ1155-82來制定型號(hào)，由四部分組成。

 

第一部分：主稱，用字母'M’表示 敏感元件。

 

第二部分：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(hào)，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(hào)后加‘派生序號(hào)',由字母、數(shù)字和'-’號(hào)組合而成。

 

例： M Z 1 1

序號(hào)

普通用途

正溫度系數(shù)熱敏電阻器

敏感元件

 

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（最高工作溫度）、測量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)、時(shí)間常數(shù)等。其中標(biāo)稱電阻值是在25℃零功率時(shí)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(hào)熱敏電阻的最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(shí)應(yīng)注意（一般不要超過50℃）。

 

4、實(shí)驗(yàn)用熱敏電阻選擇

 

首選普通用途負(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(hào)外形圖

標(biāo)稱阻值（kΩ） 10~15 片狀外形 符號(hào)

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(shí)間常數(shù)（s） ≤30

最高工作溫度（℃） 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10kΩ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(shí)，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（最高工作溫度100℃左右）。

 

新教材熱敏特性實(shí)驗(yàn)如圖：

 

應(yīng)將熱敏電阻封裝后再放入水中。最簡單的封裝是用長電工朔料套管，也可密封于類似的圓珠筆桿內(nèi)。

 

下面是實(shí)測的一組數(shù)據(jù)。

 

編號(hào) 溫度（℃） 電阻值（k）

1 15 14 R=R0expB（T-1-T0-1）T0=25+273KB:材料及結(jié)構(gòu)常數(shù)（B是溫度的函數(shù)）R0:標(biāo)準(zhǔn)溫度T0時(shí)阻值

2 20 11

3 25 9.9

4 30 9.2

5 35 8.5

6 40 7.8

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官中。

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?。?。

 

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(shí)，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kΩ~幾十kΩ。

暗電流、暗阻：在一定外加電壓下，當(dāng)無光（ 0 lx照度）照射時(shí)，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kΩ~幾千kΩ以上。

最大工作電壓：一般幾十伏至上百伏。

環(huán)境溫度：一般-25℃至 +55℃，有的型號(hào)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(shí)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(shí)隨溫度的增加而增大，有時(shí)隨溫度的增加又變小。

 

硫化鎘光敏電阻器的參數(shù)：

型號(hào)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（kΩ） ≤2 ≤50 ≤2 ≤2

暗阻， 0lx（MΩ） ≥1 ≥10 ≥0.2 ≥1

響應(yīng)時(shí)間 （ms） ≤20 ≤20 ≤20 ≤20

最高工作電壓（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(gè)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；第二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(gè)用有機(jī)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(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光敏電阻。

 

常見的幾種光電二極管及符號(hào)如下：

 

2DU有前極、后極、環(huán)極三個(gè)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(shè)計(jì)增加的，應(yīng)用時(shí)需要接電源正極。光電二極管的主要參數(shù)有：最高工作電壓（10~50V），暗電流（≤0.05~1微安），光電流（>6~80微安），光電靈敏度、響應(yīng)時(shí)間（幾十ns~幾十μs）、結(jié)電容和正向壓降等。

 

光電二極管的優(yōu)點(diǎn)是線性好，響應(yīng)速度快，對(duì)寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點(diǎn)是單獨(dú)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(yīng)10KΩ~200 KΩ，反向應(yīng)∞，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(gè)光電二極管和一個(gè)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(gòu)原因使結(jié)電容加大，響應(yīng)特性變壞。廣泛應(yīng)用于低頻的光電控制電路。

 

常見的光電三極管形狀及符號(hào)如下：

 

半導(dǎo)體光電器件還有MOS結(jié)構(gòu)，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(gòu)的陣列。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器記憶口訣
 

一、空氣流量計(jì): 空氣流量計(jì)，專門測空氣; 進(jìn)這個(gè)比例了多少氣，就噴多少油，嚴(yán)格按比例!是多少~~ 14.7:1!

二、曲軸位置傳感器:曲軸位置傳感器，它的作用無人替;一旦信號(hào)丟失了，如何起動(dòng)車不著;此時(shí)，電腦傻了眼，不知哪缸上止點(diǎn)! !

三、進(jìn)壓力傳感器，用來間接測空氣; 油門松開真空高，油門踩下真空低; 真空低時(shí)多噴油，中小負(fù)荷按比例! 要想尋它也容易，節(jié)氣門后尋芳跡!

四、凸輪軸位置傳感器，一般裝在分電器; 若沒裝在分電器，凸輪軸前后去找去! 它的工作很簡單，專測一缸上止點(diǎn);報(bào)告電腦就算完，順序點(diǎn)火順序噴，缺它電腦玩不轉(zhuǎn).....

五、節(jié)氣門位置傳感器，負(fù)荷信號(hào)由它提; 五大工況要牢記，四個(gè)和它有關(guān)系! 翻板關(guān)閉是怠速信號(hào)電壓零點(diǎn)幾; 翻板開大負(fù)荷大，信號(hào)電壓四點(diǎn)八; 不僅控制發(fā)動(dòng)機(jī)，還能控制自變器!

六、氧傳感器加熱型氧傳感器，排氣管內(nèi)測氧氣用來控制空燃比，氧化鋯是電解質(zhì)，自己產(chǎn)生電動(dòng)勢;氧氣多時(shí)供油稀，信號(hào)電壓0.1; 氧氣少電腦據(jù)此調(diào)油量，每10時(shí)燃?xì)獬恚盘?hào)電壓0.9 ;秒中有8變，如果不變趕緊換!

七、爆震傳感器壓電爆震傳感器，一般裝在氣缸體;一但測出震頻率(6~ 9KHz),點(diǎn)火角兒向后移，爆震隨之消失完，點(diǎn)火開始向前趕;控制點(diǎn)火最佳點(diǎn)，總在爆震區(qū)邊緣!