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1.半导体热敏电阻的工作原理
按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。⑴正温度系数热敏电阻的工作原理
此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到，不能帮助导电电子越过位垒，所以为电阻值的急剧。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常，具有恒温、调温和自动控温的功能，只，不发红，无明火，不易，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
⑵负温度系数热敏电阻的工作原理
负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，载流子数目，自然电阻值。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要*测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控。热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成*的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。 2.热敏电阻的型号 我国产热敏电阻是按部颁SJ1155-82来制定型号，由四部分组成。 部分：主称，用字母‘M’表示元件。 第二部分：类别，用字母‘Z’表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母‘F’表示负温度系数热敏电阻器。
第三部分：用途或特征，用一位数字（0-9）表示。一般数字‘1’表示普通用途，‘2’表示稳压用途（负温度系数热敏电阻器），‘3’表示微波测量用途（负温度系数热敏电阻器），‘4’表示旁热式（负温度系数热敏电阻器），‘5’表示测温用途，‘6’表示控温用途，‘7’表示消磁用途（正温度系数热敏电阻器），‘8’表示线性型（负温度系数热敏电阻器），‘9’表示恒温型（正温度系数热敏电阻器），‘0’表示特殊型（负温度系数热敏电阻器）第四部分：序号，也由数字表示，代表规格、性能。
往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要，在序号后加‘派生序号’，由字母、数字和‘-’号组合而成。例：MZ11
3.热敏电阻器的主要参数 各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参数允许范围之内。热敏电阻的主要参数有十余项：标称电阻值、使用温度（高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。其中标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在±10%之内。普通热敏电阻的工作温度范围较大，可根据需要从-55℃到+315℃选择，值得注意的是，不同型号热敏电阻的高工作温度差异很大，如MF11片状负温度系数热敏电阻器为+125℃，而MF53-1仅为+70℃，学生实验时应注意（一般不要超过50℃）。
4实验用热敏电阻选择
普通用途负温度系数热敏电阻器，因它随温度变化一般比正温度系数热敏电阻器易观察，电阻值连续下降明显。若选正温度系数热敏电阻器，实验温度应在该元件居里点温度附近。例MF11普通负温度系数热敏电阻器参数 主要技术参数名称参数值MF11热敏电阻符号外形图标称阻值（kΩ）10～15片状外形符号
额定功率（W）0.25 材料常数B范围（k）1980～3630 温度系数（10-2/℃）-（2.23～4.09） 耗散系数（mW/℃）≥5 时间常数（s）≤30 高工作温度（℃）125 粗测热敏电阻的值，宜选用量程适中且通过热敏电阻测量电流较小万用表。若热敏电阻10kΩ左右，可以选用MF10型万用表，将其挡位开关拨到欧姆挡R×100，用鳄鱼夹代替表笔分别热敏电阻的两引脚。在温度明显低于体温时，读数10.2k,用手捏住热敏电阻，可看到表针指示的阻值逐渐减小；松开手后，阻值加大，逐渐复原。这样的热敏电阻可以选用（高工作温度100℃左右）。 几种实用测温传感器 a空调内*温控传感器：热敏元件封在铜金属中。 b气温测量传感器
二光传感器及光敏元件
光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。 1.光敏电阻器 光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻（硫化镉晶体）、红外光光敏电阻（镓晶体）、和紫外光光敏电阻（硫化锌晶体）。当波长的光照半导体光电晶体表面，晶载流子，使其电导率（即电阻减小）。 光敏电阻的主要参数： ◆光电流、亮阻：在一定外加电压下，当有光（100lx照度）照射时，流过光敏电阻的电流称光电流；外加电压与该电流之比为亮阻，一般几kΩ～几十kΩ。 ◆暗电流、暗阻：在一定外加电压下，当无光（0lx照度）照射时，流过光敏电阻的电流称暗电流；外加电压与该电流之比为暗阻，一般几百kΩ～几千kΩ以上。 ◆大工作电压：一般几十伏至上百伏。 ◆温度：一般-25℃至+55℃，有的型号可以-40℃至+70℃。 ◆额定功率（功耗）：光敏电阻的亮电流与外电压乘积；可有5mW至300mW多种规格选择。 ◆光敏电阻的主要参数还有响应时间、灵敏度、光谱响应、光照特性、温度系数、伏安特性等。 值得注意的是，光照特性（随光照强度变化的特性）、温度系数（随温度变化的特性）、伏安特性不是线性的，如以CdS（硫化镉）光敏电阻的光阻有时随温度的而增大，有时随温度的又变小。 硫化镉光敏电阻器的参数： 型号规格MG41-22MG42-16MG44-02MG45-52 温度（℃）-40～+60-25～+55-40～+70-40～+70 额定功率（mW）20105200 亮阻，100lx（kΩ）≤2≤50≤2≤2 暗阻，0lx（MΩ）≥1≥10≥0.2≥1 响应时间（ms）≤20≤20≤20≤20 高工作电压（v）1005020250
2光电二极管
和普通二极管相比，除它的管芯也是一个PN结、具有单向导电性能外，其他均差异很大。首先管芯内的PN结结深比较浅（小于1微米），以光电转换能力；第二PN结面积比较大，电极面积则很小，以有利于光敏面多收集光线；第三光电二极管在外观上都有一个用有机玻璃透镜密封、能汇聚光线于光敏面的“窗口”；所以光电二极管的灵敏度和响应时间远远优于光敏电阻。 常见的几种光电二极管及符号如下：2DU有前极、后极、环极三个极。其中环极是为了减小光电二极管的暗电流和工作性而设计的，应用时需要接电源正极。光电二极管的主要参数有：高工作电压（10～50V）,暗电流（≤0.05～1微安），光电流（＞6～80微安），光电灵敏度、响应时间（几十ns～几十μs）、结电容和正向压降等。光电二极管的优点是线性好，响应速度快，对宽范围波长的光具有较高的灵敏度，噪声低；缺点是单独使用输出电流（或电压）很小，需要加放大电路。适用于通讯及光电控制等电路。光电二极管的检测可用万用表R×1K挡，避光测正向电阻应10KΩ～200KΩ，反向应∞，去掉遮光物后向右偏转角越大，灵敏度越高。光电三极管可以视为一个光电二极管和一个三极管的组合元件，由于具有放大功能，所以其暗电流、光电流和光电灵敏度比光电二极管要高得多，但结构原因使结电容加大，响应特性变坏。广泛应用于低频的光电控制电路。半导体光电器件还有MOS结构，如扫描仪、摄象头中常用的CCD（电荷耦合器件）就是集成的光电二极管或MOS结构的阵列。
三气敏传感器及气敏元件
教材仅要求简单的热敏电阻和光敏电阻特性实验。由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和生态居住不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活中的浓度达0.8～1.15ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有体的进行探测的传感器。常用的主要有式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体，可燃性气体就会在稀有金属催化层上，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感有灵敏度高、响应快、性好、使用简单的特点，应用极其广泛；下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件。半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度，从而使其电阻值。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；旁热式气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。
气敏元件的参数主要有加热电压、电流，测量回路电压，灵敏度，响应时间，恢复时间，标定气体（0.1%丁烷气体）中电压，负载电阻值等。QM-N5型气敏元件适用于天然气、煤气、、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，性，响应和恢复时间短，市场上应用广泛。QM-N5气敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，佳工作条件）中电压≥2V，响应时间≤10S，恢复时间≤30S，佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻RL为2K，允许工作条件加热电压4.5～5.5V、测量回路电压5～15V、负载电阻0.5～2.2K。下图为气敏元件的简单电路（组成传感器），电压表指针变化越大，灵敏度越高；只要加一简单电路可实现。常见的气敏元件还有MQ-31（*于检测CO），QM-J1酒敏元件等。 四力敏传感器和力敏元件 力敏传感器的种类甚多，的测量是利用弹性材料的形变和位移来表示。随着微电子技术的发展，利用半导体材料的压阻效应（即对其某一方向施加压力，其电阻率就发生变化）和良好的弹性，已经研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器，广泛用于压力、加速度等物理力学量的测量。
五磁敏传感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍尔器件（基于霍尔效应）、磁阻器件（基于磁阻效应：外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而。）、磁敏二极管和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力学量的测量中广泛应用。在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系，其感知能力已远超过人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像（夜像仪），黑夜中可1000米发现人，2000米发现车辆；热像仪的核心部件是红外传感器。1991年海湾战争中，的坦克配置的夜视仪探测距离仅800米，还不及美英联军的一半，黑暗中被打得惨败是必然的。目前各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重点。为了大幅度提供传感器的性能，将不断采用新结构、新材料和新工艺，向小型化、集成化和智能的方向发展。E2A-M12LN08-WP-C22M光电开关
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