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檢測(cè)設(shè)備傳感器簡(jiǎn)述(二)?
檢測(cè)設(shè)備傳感器簡(jiǎn)述(二)
電化學(xué)氣敏傳感器 一般利用液體(或固體、有機(jī)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(dòng)勢(shì)。
半導(dǎo)體氣敏傳感器 具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn),應(yīng)用極其廣泛;下面重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體氣敏傳感器及其氣敏元件
半導(dǎo)體氣敏元件有 N 型和 P 型之分。 N 型在檢測(cè)時(shí)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(dǎo)體氣敏材料,屬于 N 型半導(dǎo)體,在 200 ~ 300 ℃溫度它吸附空氣中的氧,形成氧的負(fù)離子吸附,使半導(dǎo)體中的電子密度減少,從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到有能供給電子的可燃?xì)怏w(如 CO 等)時(shí),原來(lái)吸附的氧脫附,而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加,電阻值下降。可燃性氣體不存在了,金屬氧化物半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附,使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w的基本原理。
目前國(guó)產(chǎn)的氣敏元件有 2 種。一種是直熱式,加熱絲和測(cè)量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)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(gè)測(cè)量極,測(cè)量極之間為金屬氧化物氣敏材料,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。
氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流,測(cè)量回路電壓,靈敏度,響應(yīng)時(shí)間,恢復(fù)時(shí)間,標(biāo)定氣體( 0.1% 丁烷氣體)中電壓,負(fù)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(cè),屬于 N 型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高,穩(wěn)定性較好,響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短,市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛。
QM-N5 氣敏元件參數(shù)如下:標(biāo)定氣體( 0.1% 丁烷氣體,*佳工作條件)中電壓≥ 2V ,響應(yīng)時(shí)間≤ 10S ,恢復(fù)時(shí)間≤ 30S ,*佳工作條件加熱電壓 5V 、測(cè)量回路電壓 10V 、負(fù)載電阻 RL 為 2K ,允許工作條件加熱電壓 4.5 ~ 5.5V 、測(cè)量回路電壓 5 ~ 15V 、負(fù)載電阻 0.5 ~ 2.2K 。常見(jiàn)的氣敏元件還有 MQ-31 (專用于檢測(cè) 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(cè)量方法是利用彈性材料的形變和位移來(lái)表示。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)(即對(duì)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(xué)量的測(cè)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(yīng))、磁阻器件(基于磁阻效應(yīng):外加磁場(chǎng)使半導(dǎo)體的電阻隨磁場(chǎng)的增大而增加。)、磁敏二極管和三極管等。以磁敏元件為基礎(chǔ)的磁敏傳感器在一些電、磁學(xué)量和力學(xué)量的測(cè)量中廣泛應(yīng)用。
在一定意義上傳感器與人的感官有對(duì)應(yīng)的關(guān)系,其感知能力已遠(yuǎn)超過(guò)人的感官。例如利用目標(biāo)自身紅外輻射進(jìn)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(zhēng)中,伊拉克的坦克配置的夜視儀探測(cè)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(guó)都將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)的重點(diǎn)。為了大幅度提供傳感器的性能,將不斷采用新結(jié)構(gòu)、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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