传感器与检测技术（第2版）

项目一温度的检测

1.了解温度传感器的测量原理

2.学会利用温度传感器进行电路的设计

3.掌握常用的温度传感器的应用

4.应用温度传感器的注意事项目标：任务一盐浴炉温度的检测任务提出：

盐浴加热炉是在规定时间内使炉温达到要求的温度。加热炉的炉温在150～1300℃之间，它要跟随轧机轧制节奏的变化来随时调节，所以能否有效地控制加热炉的温度，直接影响钢坯的质量和成本，而对温度进行精确地测量是控制的前提。

1、温

度

与

温

标

温度是表征物体冷热的物理量温标：表示或测量温度高低的标准称为温标。常用温标:摄氏度(符号℃)

热力学温标:开尔文(符号K)

其他常用:华氏度(符号°F)换算关系

t(℃)=T(K)-273.15

华氏度＝32＋摄氏度×1.8

摄氏度＝（华氏度－32）÷1.8二、知识引入1、认识热电偶热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。它的测温范围很广，常用的热电偶测温范围为－50℃～＋1600℃，某些特殊热电偶最低可测－270℃，最高可达＋2800℃。

热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB2、热电偶传感器的测温原理

将

两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。两种导体的接触电动势AB两种金属的自由电子密度分别为nA和nB,且nA>nB.当两种金属相接触时,将产生自由电子扩散现象.A失去电子多的带正电,B得到电子带负电.A,B之间形成电位差,即接触电势.单一导体的温差电势导体中自由电子在高温端具有较大动能,因而向低温端扩散热电偶回路中产生的总热电势

总电动势T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB热电偶回路的几点结论1）电极材料相同，总电势为零；2）冷、热端温度相同，总电势为零；3）电极材料不同，温度不相同，存在热电势。1、热电偶如何实现温度的测量？2、在距离较远的场合下如何用热电偶实现测量？在高温下如何实现？1)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。3、热电偶的基本定律2)中间温度定律测量端温度为T,自由端温度为T0,中间温度为T’,则T和T0热电势等于T,T’与T’,T0热电势的代数和.ABcTT0T0ABcT’T0ABTABTEAB(T,T’)EAB(T’,T0)EAB(T,T0)3）标准电极定律

当结点温度为T,T0时，用导体A，B组成的热电偶的热电动势等于AC热电偶和CB热电偶的热电动势的代数和。例：当T为100摄氏度，T0为0摄氏度时，铬合金—铂热电偶的E(100,0)=3.13mv,铝合金—铂热电偶E(100,0)=-1.02，求铬合金—铝合金组成的热电偶的E(100,0)?4、热电偶的结构形式及材料

①铂铑10—铂热电偶（分度号为S)

②铂铑30—铂铑6热电偶(分度号为B)。③镍铬—康铜热电偶(分度号为E)。④镍铬—镍硅热电偶（分度号为K)

⑤铂铑13—铂热电偶(分度号为R)。⑥铁—康铜热电偶(分度号为J)。⑦铜—康铜热电偶(分度号为T)。材料测温范围特点应用铂铹10纯铂0~1000℃准确性高，成本高精密测温、标准铱铹10纯铱0~2100℃科学研究铱铹40铂铹400~1900℃氧化、中性气体镍铁镍铜50~500℃<50℃无电势火灾报警镍铬康铜-200~900℃各种场合镍铬镍硅-50~1300℃电势大，线性好各种场合、常用铜康铜-200~400℃各种场合镍铬金铁-270~10℃低温铜金铁-270~-250℃灵敏度高低温见书23页例题:K型热电偶测炉温时,参考端温度T0=30℃,测得热电势E(T,30℃)=28.344mV,求炉温T.E(T,0℃)=E(T,30℃)+E(30℃,0℃)=28.344+1.203 =29.547mV查表得:T=710℃热电偶的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电偶等。普通型热电偶普通装配型热电偶的结构放大图

接线盒引出线套管

固定螺纹

（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）不锈钢保护管

铠装型热电偶外形铠装型热电偶可长达上百米铁-镍薄膜热电偶结构1—测量接点2—铁膜3—铁丝4—镍丝

5—接头夹具6—镍膜7—衬架5、热电偶冷端补偿

(1)热电偶补偿导线

热电偶一般做得较短，一般为350～2000mm。解决办法：工程中采用一种补偿导线。使用补偿导线时必须注意:①两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点必须具有相同的温度;②各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用；

③必须在规定的温度范围内使用；

④极性切勿接反。补偿导线外形A’B’屏蔽层保护层(2)参考端0℃恒温法将热电偶的冷端置于冰水混合物中，也称冰浴法(3)参考端温度修正法

热电势修正法法

E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)例：用镍铬-镍硅热电偶测某一水池内水的温度，测出的热电动势为2.436mV。再用温度计测出环境温度为30℃（且恒定），求池水的真实温度。

补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程中因参考端温度不为0℃或变化而引起热电势的变化值。

(4)

电桥补偿法1.测量某一点温度6、热电偶实用测温线路A‘,B’为补偿延伸导线，与导体A,B具有相近的热电特性;C为铜接头，保证两连接点温度相等;T'0为新的冷端，要求等温且恒定。2.测量两点温度差

两热电偶型号相同，延伸导线相同，两热电偶反相串联，此时测温回路总电势等于两热电偶电势之差，且要求热电偶新的冷端T1等温且恒定，或测试仪表本身带有补偿装置，或软件修正。即注意：用这种差动电路测量温差时，两支热电偶的热电特性必须相同且成线性，否则会引起测量误差。

3.测量多点温度的平均值

采用多个热电偶相串联测多点温度平均值的方法，此时仪表指示多个热电偶电势之和，即E=(E1+E2+E3)/3。

总结：热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。练习题

已知某K型热电偶进行温度测试，如图所示，试求测试端温度T？2、用镍铬—镍硅热电偶(K)测量某一实际为1000℃的对象温度。所配用仪表在温度为20℃的控制室里，设热电偶冷端温度为50℃。当热电偶与仪表之间用补偿导线或普通铜导线连接时，测得温度各为多少?又与实际温度相差多少?把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的。它是一种固体膨胀温度计，可将温度变化转换成机械量变化。优点：结构简单牢固可靠防爆

双金属温度传感器A<b温度传感器的应用——电熨斗

上层金属片的热膨胀系数大于下层的金属片。日光灯的启动器

去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，可以看到一个U形的双金属片(动触片)，其旁边有一根直立的金属丝(静触片)。常温下两触片处于分离，敲碎玻璃泡，用火焰靠近双金属片，其形状发生变化，并与直立的金属丝接触；移走火焰，双金属片恢复原状，两者分开。——相当于一个由温度控制通断的开关半导体集成温度传感器IC总线数字温度传感器

集成温度传感器具有体积小、反应快、线性好、价格低等优点,由于PN结受耐热性能和特性范围的限制,它只能用来测150℃以下的温度。

一、温敏二极管及其应用

半导体温敏器件可分为电阻型和PN结型两大类.PN结型温敏器件，它是根据半导体PN结的正向电压与温度之间具有良好的线性关系，实现温度检测。由PN结理论，可求得PN结电压、电流及温度的函数关系为式中U—PN结正向电压;I—PN结正向电流;IS—PN结反向饱和电流;q—电子电荷量;k—波尔兹曼常数;T—绝对温度;Ug—温度为0K时材料的禁带宽度;B—与温度无关的实验常数;Tr—与温度有关的函数项，r是与热激发所引起的电子的迁移率有关的系数。当正向电流I一定时，PN结正向电压U与被测温度T之间呈现一定的线性关系；且随着温度的升高，正向电压将下降，表现出负的温度系数，这就是温敏二极管测温的基本原理

典型应用：

温敏二极管工作时存在着自热特性，即流过温敏二极管上的正向电流I

导致温敏二极管PN结温度升高。当自热结温超过环境被测温度时，将引起温控误差甚至失控，因而对温敏二极管的正向电流必须加以限制。二、温敏晶体管及其应用实际上温敏二极管电压—温度特性的线性度是很差的，原因是正向电流中除了PN结的扩散电流之外，还应包括漂移电流及空间电荷区的复合电流，而在上述分析中只考虑扩散电流。由于晶体管发射结正向偏置条件下，虽然发射极电流也包括上述三种成份，但只有扩散电流到达集电极形成集电极电流，而另两个电流成分则作为基极电流漏掉，对集电极电流无影响，使得发射结偏压与集电极电流之间有较好的线性关系，并因此能表现出更好的电压—温度特性。1．工作原理

根据晶体管发射结的有关理论可以求得NPN管发射结偏压Ube与集电流电流Ic、温度T三者之间的关系为集电极电流Ic是与温度基本无关的多数载流子扩散运动形成的电流，因而当IC恒定时，UBE与T呈单调和单值变化。且UBE随T的升高而近似线性下降，其下降幅度约为2.2mv/℃。

2.典型应用

集成温度传感器

集成温度传感器是将作为感温器件的温敏晶体管及外围电路集成在同一单片上的集成化温度传感器。优点是在于小型化、使用方便和成本低廉。商品化的集成温度传感器已经广泛应用于需要温度监测、控制和补偿的许多场合。适合于温度为-50—150摄氏度。

分类：1.电压型：直接输出电压，且输出阻抗低，易于读出或控制电路接口电压型温度系数为10MV/摄氏度。2.电流型：电流输出型输出阻抗极高，因此可以简单地使用双股绞线进行数百米远的精密温度遥感或遥测，而不必考虑长馈线上引起的信号损失和噪声问题。也可以用于多点温度测量系统中，而不必考虑开关或多路转换开关或多路转换器引入的接触电阻造成的误差。频率输出型具有与电流输出型相似的特点,电流型温度系数为1UA/摄氏度。

这就很容易从它们输出信号的大小换算成绝对温度，而且其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。基本工作原理

对管差分电路

图中V1和V2是结构和性能完全相同的晶体管，分别工作于不同集电极电流IC1和IC2下。Ube2+ΔUbe－Ube1＝0，即可求得两管基极—发射极电压之差为AD590集成温度传感器(a)外形；

(b)电路符号；

(c)内部原理框图

电流型的集成温度传感器AD590的主特性参数如下：

工作电压：4～30V；

工作温度：－50～＋150℃；

焊接温度（10秒）：300℃；

灵敏度：1μA／K。

AD590在25℃（298.2K）时,理想输出电流为298.2μA,但实际上存在一定误差,可以在外电路中进行修正。将AD590串联一个可调电阻,在已知温度下调整电阻值,使输出电压UT满足1mV/k的关系（如25℃时,UT应为298.2mV）。调整好以后,固定可调电阻,即可由输出电压VT读出AD590所处的热力学温度。简单的测温电路AD590具有恒流特性，与一个恒值电阻串联就可实现温度的检测LM35/45系列温度传感器(a)内部原理框图;(b)引脚功能;(c)外形封装;(d)摄氏温度计电路

电压输出型温度传感器

1）LM35/45系列温度传感器具有控制功能的集成温度传感器（TC620/621）

TC620/621系列是控制温度的专用集成传感器，它可由使用者自行设定上、下限温度。当高于上限温度或低于下限温度时，该传感器即有相应的高低电平输出，用来作报警信号。另外，它还有一个温度控制信号输出。因此，它特别适宜用在恒温器、烘箱及各种温度控制设备上，温度控制精度可达±3℃。

TC620集成电路管脚排列

表9-11TC620/621系列封装形式和工作温度范围

智能传感器构成的温控器DS18B20集成温度传感器DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C+125°C，在-10-85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C。

组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

思考练习题1、温度常用的单位有（）、（）、（）。2、热电偶产生的热电势主要有（）和（）。3、常见的金属热电阻主要有（）和（）。4、热电偶的冷端补偿办法主要有（）、（）、（）。5、补偿导线的作用是（）。6、半导体热敏电阻主要分为（）

8、对于N型半导体材料的气敏传感器，随着气体浓度的增加，引起阻值的变化（）。9、气敏传感器上加热器的作用（）。10、半导体陶瓷负特性湿敏传感器测试机理，随着湿度的增加，电阻值（）。11．什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。12．试分析金属导体产生接触电动势和温差电动势的原因。13．已知镍铬-镍硅(K)热电偶的热端温度t＝800℃，冷端温度t0＝25℃，求E(t，to)是多少毫伏?

《传感器》阶段测试一：填空题1、传感器是能够感受规定

并按照一定规律转换成

器件或装置。2、传感器由

、

、

与

和其他辅助元件组成。3、传感器的静态特性有

、

、

、

和

等。4、我国电工仪表等级分为7级，即

、

、

、

、

、

和

级。5、常用的电阻应变片分为两大类：

和

。6、常见的变换压力的弹性敏感元件主要有、、、

。7、电阻应变片在实际应用中，常用的两种温度补偿方法是（）和（）8、传感器输出的标准电流信号为（）MA.8、电容式传感器可用于

、

、

和

、

等非电物理量的检测。9、根据工作原理的不同，电容式传感器可分为、和

三种。10、集成温度传感器AD590属于电流输出型的，温度每变化

,电流变化

。11、电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈

或

的变化，从而导致线圈

改变这一物理现象来实现测量的。12、根据电感式传感器的转换原则，可分为

和

、

传感器13、自感式传感器主要有

、

和

三种类型。14、改善变气隙电感传感器的非线性的方法有

、、

。15、差动式电感传感器的两个次级线圈要求的连接方式为

。16、涡流式传感器可以用来测量

、

、、等。17、差动变压器式传感器的测量电路主要有

电路和

电路。18、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）式。19、250C=()K=()F120F=()K=()0C二、简答题（1）热电效应（2）光电效应（3）电涡流（4）如何改善电容变极距式传感器的非线性？（5）在电感传感器中常采用相敏整流电路，其作用是什么？（6）什么是零点残余电压？如何消除零点残余电压？（7）试画出差动变压器式传感器的连接?为什么？任务二冰箱温度的检测在家用电器中，大量设备如电冰箱、空调器、热水器、电熨斗、洗衣机等，都要对温度进行精确控制，这就需要我们能对其温度进行检测。想一想：你知道哪些检测温度的仪表？一、任务描述1、玻璃温度计液体的热胀冷缩。2、双金属温度计两种不同材质的金属粘贴在一起构成的，由于线胀系数不同，在相同的温度变化下，就会有不同的收缩效果，导致金属片弯曲，这样把温度的变化转换成位移量的变化。3、热电偶温度计热电效应工业生产中，使用最多的测温元件是热电阻和热电偶，热电阻一般用来测量300℃以下的低温，热电偶用来测量高温。

热电阻1、热电阻的结构

热电阻式传感器是利用导电物体的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应而制成的传感器。2、热电阻式传感器通电前电阻为87Ω；通电后电阻为1200Ω。

具有正温度系数的金属，其阻值随着温度的升高而增大。

正：温度阻值温度系数负：温度阻值↑↑↑↓3、常用热电阻

考虑灵敏度高、重复性好、稳定性好等特点，制成热电阻应用最多的是铜（Cu）、铂（Ｐt）常用分度号：Cu50Cu100Pt10Pt100

字母：含义数字：表示热电阻的材质表示热电阻在0℃时的电阻值铜热电阻，在0℃时的电阻值为50Ω。铂热电阻，在0℃时，电阻值为100Ω铂电阻分度表铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀性介质或高温下工作两线制三线制四线制内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。3）热电阻的测量转换电路热敏电阻是一种温度敏感元件，它是由半导体材料构成。通常分为两类NTC和PTC。NTC是negativetemperaturecoefficient的简称，即负温度系数NTCPTC是positivetemperaturecoefficient的简称，即正温度系数PTC

热敏电阻四种热电特性的区别是什么？热敏电阻的热电特性1、突变型NTC2、负指数NTC3、线性型PTC4、突变型PTCMF12型NTC热敏电阻玻璃封装NTC热敏电阻大功率PTC热敏电阻贴片式NTC热敏电阻非标热敏电阻1、热电阻和热敏电阻都是测温传感器2、热电阻和热敏电阻材料不同3、热电阻和热敏电阻热电特性不同

小结汽车用水温传感器及水温表

铜热电阻4）热电阻的应用温度测量4）热电阻的应用流量测量1）热敏电阻的结构和符号3）热敏电阻的应用（1）热敏电阻体温表热敏电阻体温表的调试、标定方法

调试时，应该先调哪一只电位器，再调哪一只电位器？

如何检验表面刻度中其他各点是否准确？具体步骤如何进行？（2）电动机的过载保护控制热敏电阻温度控制电路四、任务实施

热敏电阻在25℃时的阻值为100kΩ，温度系数为1K/℃。在比较器的反相输入端加有3.9V的基准电压，在比较器的同相输入端加有RP和热敏电阻RT的分压电压。当水温低于90℃时，比较器IC输出高电位，驱动VT，和VT2导通，使继电器K工作，闭合加热器电路；当水温高于90℃:时，比较器IC输出端变为低电位，VT1和VT2截止，继电器K则断开加热器电路。调节RP可得到要求的水温。任务三电容式传感器目标要求:

1、掌握电容传感器的结构原理、及测量电路

2、了解电容式传感器的应用一、电容式传感器概述

以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。

电容式传感器变间距型变面积型变介质型电容式传感器的测量原理（1）面积变化型(b)角位移式（a）为平板形位移电容传感器。

设两个相同极板的长为b，宽为a，极板间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx也随之改变。电容的相对变化量和灵敏度为

变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系。差动结构形式

提高测量精度，减少动极板与定极板之间的相对极距可能变化而引起的测量误差。

中间极板移动变面积式电容传感器原理b)角位移式电容传感器可见，电容值与角位移呈线性关系。增大传感器的初始面积或减小极板间距d有利于增大传感器的灵敏度K。

此时，传感器的灵敏度k为：当动板有一转角时，由于覆盖面积变化，电容量改变。c）园柱型电容传感器

下图是圆柱型，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化两个同轴圆筒电极组成的电容器，其电容值为：当覆盖长度变化时，

通过A）B）C）的分析可得出结论：变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即具有良好的线性。大多数用来检测较大直线位移及角位移等参数。

变面积式电容传感器也采用差动形式，可使输出和灵敏度提高一倍。（2）极距变化型变极距型传感器常常是一块极板固定而使另一块极板移动，从而改变极距以引起电容的变化。++++++因此电容器传感器的灵敏度为：

灵敏度与极距的平方值成反比，极距越小时灵敏度越高。为减小非线性误差，该类传感器通常用于测量微小位移。変极距型电容传感器原理上的非线性，要修正。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。下图是变极距型差动平板式电容传感器结构示意图。为减小非线性误差，通常规定在较小的间隙变化范围内工作以便获得近似的线性关系。一般取极距变化范围为变极距式电容传感器结论

极距变化型电容传感器的优点是可实现动态非接触测量，动态响应特性好，灵敏度和精度极高（可达nm级），适应于较小位移（1nm～1

m）的精度测量。但传感器存在原理上的非线性误差，线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著，为改善这些问题而需配合使用的电子电路比较复杂。（3）介质变化型

当电容式传感器中的电介质改变时，其介电常数变化，从而引起了电容量发生变化。

这类传感器常用做检测容器中片状材料的厚度、液面高度等，也可用来测量空气的湿度等。这种传感器的电容量等于两个电容相并联L0,b0——极板长度和宽度;故电容量的变化与被测电介质的移动量L成线性关系。

当燃油增大，h增大，△C也增大；燃油减少，h减少，△C也减小。通过测量电容的大小就能知道油量的多少。B)电容液面计这类传感器常常采用同轴圆筒电极组成的电容器作为测量装置。电容式液位测量装置Dd检测电路测定电极储罐ε0ε1h测定电极安装在金属储罐的顶部，储罐的罐壁和测定电极之间形成了一个电容器。1．交流电桥2．调频电路3．运算放大式电路4．脉冲宽度调制电路5．二极管双T型交流电桥电容式传感器的测量电路（一）

交流电桥Z1为电容传感器阻抗，当Z1Z4＝Z2Z3，则USC=0。当被测参数变化时引起传感器阻抗变化ΔZ，其输出为：（二）调频电路调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏离量和信号电压成正比。振荡器的振荡频率主要取决于回路中的电感和电容，因此只要回路中的电感或电容随外加信号变化，就能获得调频信号。把电容传感器接入调频振荡回路作为振荡器谐振回路的一部分，则振荡器的频率随电容传感器的电容C而变化，这样振荡器的输出便是一个受被测信号调制的调频波。运算放大器式测量电路+-uiu0CiCx以代入上式，则有可以看出，输出电压与动极片机械位移d成线性关系。

电容式传感器跨接在高增益运算放大器的输入端与输出端之间。运算放大器的输入阻抗很高，因此可认为它是一个理想运算放大器，其输出电压为（三）

运算放大器电路

该电路要求固定电容必须稳定，信号源电压必须采取稳压措施（四）脉冲宽度调制电路

脉冲宽度调制电路（PWM）是利用传感器的电容充放电使电路输出脉冲的占空比随电容式传感器的电容量变化而变化，然后通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。振荡电路感应电极被测物体电容式接近开关电容式传感器的应用电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示

该图是利用电容式接近开关测量谷物高度（物位）的示意图。当谷物高度达到电容式接近开关的底部时，电容式接近开关产生报警信号，关闭输送管道的阀门.转速测量

当电容极板与齿顶相对时电容量最大，而电容极板与齿隙相对时电容最小。当齿轮旋转时，电容量发生周期性变化，通过转换电路即可得到周期信号。频率计显示的频率代表转速的大小。电容测厚仪可以用来测量金属带材在轧制过程中的厚度。电容测厚仪电容式加速度传感器

弹簧片定极板2质量块定极板1绝缘体aC1C2m汽车气囊的保护作用

使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。

汽车气囊对驾驶员的保护作用119电容式压力传感器120高压侧进气口低压侧进气口电子线路位置内部不锈钢膜片的位置习题1.电容式传感器是将被测物理量的变化转换成

的器件。2.变间隙式电容传感器的工作原理：变间隙式电容传感器有一个

和一个

。当

极板随着被测参数的变化相对移动时，引起

的变化，从而引起

发生变化。3.电容式传感器中，变面积式常用于较大的

的测量。4.电容式传感器中，变介电常数式多用于

的测量。5.电容式传感器中，变间隙式一般用于测量

的位移。6.电容式传感器可分为_______、________和________三种。7.当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）A、灵敏度增加B、灵敏度减小C、非线性误差增加D、非线性误差减小8.用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）A、变间隙式B、变介电常数式C、变面积式D、空气介质变间隙式9.变间隙式电容传感器的非线性误差与极板间初始距离d之间是（）A、正比关系B、反比关系C、无关系10.电容式传感器主要有哪几种类型的测量电路？各有何特点？11.试述电容式传感器的工作原理与分类。123本章结束，有何疑问？项目一力和压力的检测C目录ONTENTS01电子称的设计与制作03电子血压计的设计与制作02汽车燃油表显示电路的设计与制作04振动报警电路的设计与制作一、任务描述利用压电振动传感器设计报警电路，当感受到振动时，报警电路启动，发出声音报警。

任务四振动报警电路的设计与制作想一想：如何实现？二、任务分析信号检测电路信号处理电路报警电路关键问题：如何检测振动三、知识链接1、压电式传感器

压电式传感器是受压产生电信号的一类传感器。

有源传感器

它可以测量最终能变换为力的各种物理量，例如力、压力、加速度等。电信号压力压电效应演示

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。1）压电效应某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。当作用力方向改变时,电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转为电能的现象,称为“正压电效应”。相反,当在电介质极化方向施加电场,这些电介质也会产生变形,这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）2）压电材料（1）石英晶体；（2）压电陶瓷；（3）高分子压电材料。（1）石英晶体天然形成的石英晶体外形天然石英晶体外形

石英晶体是一种应用广泛的压电晶体。它是二氧化硅单晶，属于六角晶系。天然石英晶体的外形为规则的六角棱柱体。从晶体上沿XYZ轴线切下一片平行六面体的薄片称为晶体切片。石英晶体有哪三个轴分别起什么作用？x轴，y轴，z轴。

纵向轴z称为光轴,经过六面体棱线并垂直于光轴的x轴称为电轴,与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。当沿着X轴对压电晶片施加力时，将在垂直于X轴的表面上产生电荷，这种现象称为纵向压电效应。沿着y轴施加力的作用时，电荷仍出现在与X轴垂直的表面上，这称之为横向压电效应。当沿着Z轴方向受力时不产生压电效应。为什么会有压电效应？

石英晶体的每一个晶体单元中，有三个硅离子和六个氧离子，正负离子分布在正六边形的顶角上，。当作用力为零时，正负电荷相互平衡，所以外部没有带电现象,而受力后破坏了平衡,就带电了。石英晶片受压力或拉力时，电荷的极性如下图所示压力大小和电荷多少是什么关系？产生的电荷为：石英晶体薄片

石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。（2）压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。压电陶瓷的实现原理？压电陶瓷的主要材料？压电陶瓷及其换能器外形（3）高分子压电材料

玻璃打碎报警装置将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给集中报警系统。粘贴位置2、压电式传感器的等效电路压电传感器也可以等效为电容器相并联一个电荷源。压电传感器可以等效为一个电压源和一个电容串联等效电路

电荷源电压源

3、压电式传感器的测量电路压电传感器的输出可以是电压信号,也可以是电荷信号,因此前置放大器也有两种形式:电压放大器和电荷放大器。实现什么作用？把压电传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗;放大传感器输出的微弱信号。电压放大器电荷放大器q

注意：压电式传感器不能用于测量静态量值。压电传感器适宜作动态测量。两个压电元件的如何连接？有何不同？4、压电片的连接方式+串联q’=qC’=C/2U’=2U+并联q’=2qC’=2CU’=U结论：串联增大输出电压并联增大输出电荷5、压电传感器的应用1）压电式单向测力传感器的应用2）压电式加速度传感器常见的压电器件四、任务实施

1.了解温度测量的基本概念

2.了解热电阻式温度传感器传感器的测量原理

3.学会利用温度传感器进行电路的设计

4.应用热电阻传感器的注意事项目标要求任务一电热水器控温电路的设计与制作热电阻传感器导体的电阻跟温度有关，温度越高，金属电阻越大。

利用金属导体的电阻随温度变化而变化的原理进行测温.

一般把金属热电阻称为热电阻,

而把半导体热电阻称为热敏电阻。工作原理

电阻温度传感器是利用金属或半导体材料的电阻对温度敏感的特性制成的温度传感器，常用于-200℃一960℃范围温度的测量。

金属热电阻的特性(1)电阻温度系数大且稳定，电阻值与温度之间具有良好的线性关系。(2)电阻率高、热容量小，热惯性小，反应速度快。(3)在测温范围内，材料的物理、化学性能稳定。(4)工艺性好，易复制，价格低。

目前用于制作热电阻的纯金属材料主要有铂、铜、钢、锰等。将这些材料制成电阻丝，然后绕在云母、石英、陶瓷或塑料等高绝缘骨架上;经固定、外加保护套管，以提高热电阻器件的机械强度，并保护其不易被水分或侵蚀性气体影响。最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。

(1)铂热电阻铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠,所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准,铂热电阻的使用温度范围为−1200℃以下

。

性能稳定，重复性好，测量精度高，其电阻值与温度之间有很近似的线性关系。缺点是电阻温度系数小，价格较高。

铂电阻

当温度t在

200～0℃范围内时，铂电阻值与温度的关系可表示为

当温度t在−200～850℃范围内时，铂的电阻值与温度的关系为

热电阻Rt不仅与t有关，还与其在0℃时的电阻值R0有关

我国规定工业用铂热电阻有R0=10Ω和R0=100Ω两种,它们的分度号分别为Pt10和Pt100,其中以Pt100为常用。(2)铜热电阻铜热电阻进行测温,它的测量范围为-50+150℃。

Rt=R0（1+ɑt）。

铜热电组的两种分度号为Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R100=100Ω）。

铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀性介质或高温下工作铜热电阻的分度表分度号：Cu50

温度/℃0102030405060708090电阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13铂和铜在超低温下电阻温度特性不够稳定，不宜作超低温测量，此时可考虑选用钢、锰等金属热电阻:钢热电阻在-269℃~258℃温度范围，锰热电阻在-271℃~210℃温度范围，都具有较稳定的电阻温度特性,且具有较高的灵敏度

热电阻的结构

内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种。工业用铂电阻测温采用三线制或四线制。热电阻的测量电路热电阻测温电桥的三线连接法热电阻测温电桥的四线连接法1）温度系数大→灵敏度高（为热电阻10~100倍）2）结构简单，体积小→可以测量点温度3）电阻率高、热惯性小→适于动态测温4）易于维护、使用寿命长→适于现场测温5）阻值与温度变化呈非线性6）稳定性和互换性较差7）成本低，应用广泛

半导体热敏电阻传感器热敏电阻分为三种类型：正温度系数热敏电阻(PTC)负温度系数热敏电阻(NTC)和在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器。(CTR)其中以负温度系数热敏电阻最为常见PTCNTCCTR热敏电阻的温度系数远大于金属热电阻,灵敏度很高.相同温度情况下,热敏电阻的阻值远大于金属热电阻,所以连接导线电阻的影响很小，适用于远距离测量.热敏电阻的特性曲线非线性十分严重,所以其测量范围远小于金属热电阻.热敏电阻的特性典型的热敏电阻元件有圆形、杆形和珠形等，其结构及温度特性如图所示。负温度系数热敏电阻热敏电阻产品温度开关（热敏开关）热敏电阻的应用家用电器电熨斗、电冰箱、电饭煲、洗衣机、电暖壶、烘干机、电烤箱、空调机、电热毯、热水器、热得快、电磁炉、汽车电子电子喷油嘴、空调机、发电机防热装置、电热座椅测量仪器流量计、风速表、真空计、浓度计、湿度计、空气传感器、环境监测仪、办公设备复印机、传真机、打印机、扫描仪农业园艺温室控制、人工气候箱、烘干系统、医疗器具体温计、人工透析、散热系统工业生产电动机过热保护、还广泛应用于空调、暖气、电子体温计等水温感应塞应用实例：家电控温温度过高，RT减小，T截止，K失电，K1断开。负载失电。若RT为正温度系数，RW与RT对调即可。应用实例：基于热敏电阻的电机过热保护器

Rt1Rt2Rt3：热敏电阻(NTC)，安装在三相绕组附近温度低时：电阻高三极管不导通继电器不吸合电机运行温度高时：电阻低三极管导通继电器吸合电机停止1、热电阻和热敏电阻都是测温传感器2、热电阻和热敏电阻材料不同3、热电阻和热敏电阻热电特性不同

小结四、任务实施

热敏电阻在25℃时的阻值为100kΩ，温度系数为1K/℃。在比较器的反相输入端加有3.9V的基准电压，在比较器的同相输入端加有RP和热敏电阻RT的分压电压。当水温低于90℃时，比较器IC输出高电位，驱动VT，和VT2导通，使继电器K工作，闭合加热器电路；当水温高于90℃:时，比较器IC输出端变为低电位，VT1和VT2截止，继电器K则断开加热器电路。调节RP可得到要求的水温。任务一家用厨房可燃性气体的检测项目二气体的检测想一想：你知道哪些检测温度的仪表？一、任务描述一般家庭厨房烹调热源有煤气、天然气、石油液化气等，由于这些可燃气体的泄漏、点火失误等原因，造成爆炸、火灾和中毒死伤事故的数字十分惊人。为了保障生命财产安全，要对厨房可燃气体泄漏进行检测。

利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。气敏电阻的材料是金属氧化物

气敏、湿敏电阻式传感器☆气敏电阻传感器烟雾报警器二氧化碳传感器酒精传感器半导体气体传感器的工作原理

半导体型气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、乙醇等时，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。

氧气等具有负离子吸附倾向的气体，吸附在N型半导体上，会使得半导体的载流子减少，电阻率增大。氢气、一氧化碳等具有正离子吸附倾向的气体吸附在N型半导体上会使得半导体的载流子增加，电阻率下降。※当氧化型气体吸附到N型半导体上,还原型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻增大。相反,当还原型气体吸附到N型半导体上,氧化型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子增多,使电阻下降.具有负离子吸附倾向的气体有O2和NOx,称为氧化型气体或电子接收性气体。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。◎气敏电阻元件的种类

（1）烧结型气敏元件:将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物器皿材料中，经加热成型后低温烧结而成。常用的有氧化锡烧结气敏元件，用来测还原性气体,它的加热温度较低。（2）薄膜型气敏元件：采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上制成金属氧化薄膜，构成薄膜型气敏元件。这种元件具有较高的选择性，适合于温度400-500摄氏度的高温。

气敏电阻传感器通常由气敏电阻、加热器和封装体等三部分组成。（3）厚膜型气敏元件

将气敏材料与一定比例的硅凝胶混制成印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝基片上，在400-800摄氏度的温度下烧结1-2小时便制成厚膜型气敏元件。特点：用厚膜工艺制成的器件一致性好，机械强度高，适于批量生产。气敏电阻外形酒精传感器

其他可燃性气体传感器照片4.0.6节电型厚膜气体传感器

主要物理特性类型

检测气体

气敏元件电阻型

电

阻表面控制型可燃性气体氧化锡、氧化锌等的烧结体、薄膜、厚膜体控制型酒精、可燃性气体、氧气氧化镁、氧化锡、氧化钛（烧结体）非电阻型二极管整流特性

表面控制型氢气、一氧化碳、酒精铂-硫化镉铂-氧化钛（金属-半导体结型二极管）晶体管特性氢气、硫化氢铂栅、钯栅MOS场效应晶体管半导体气敏传感器分类

这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200℃～400℃。

这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200℃～400℃。◎气敏元件的基本测量电路

半导体式气敏传感器的基本测量电路主要包括两部分：即气敏元件的加热回路和测试回路。3V～10V◎气敏传感器应用（1）QM-N5气敏传感器及其应用电路

燃气报警器

换气扇自动控制电路2）化学实验室有害气体鉴别酒精传感器（2）简易酒精测试仪ICLM3914LM3914是10位发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。内部包含一个可调的基准电压源和10个电压比较器、10个1K电阻串联构成的分压器，分别向各个比较器提供基准比较电压。

ICLM3914引脚主要功能引脚主要功能

1接发光管负极10接发光管负极2地11接发光管负极

3正电源12接发光管负极

4发光管最低亮度设定13接发光管负极

5信号输入14接发光管负极

6发光管最高亮度设定15接发光管负极

7基准电压输出16接发光管负极

8基准电压设定17接发光管负极

9模式设定18接发光管负极氧浓度传感器外形汽车尾气分析半导体气体传感器的使用注意事项

注意：在使用气敏传感器时，需要一定的预热时间才会稳定的工作。如果气敏传感器长期不用或接触高浓度的可燃气体后，会出现暂时的“中毒”现象。使用时须将加热电流适当的调高，保持1-2min后在正常使用。使用气敏传感器，要避免油浸或油垢污染，更不能将气敏传感器长时间放在腐蚀气体中。不适用时应放在干燥、无腐蚀性气体的环境中。

湿敏传感器绝对湿度和相对湿度

绝对湿度：单位空间中所含水蒸气的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示。

相对湿度：气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。湿敏传感器的分类

界限电流式湿敏传感器湿敏传感器电阻式电容式其它电解质式陶瓷式高分子式陶瓷式高分子式光纤湿敏传感器二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等湿敏传感器的分类

电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感器可分为：

电解质式(氯化锂）

陶瓷式

高分子式电阻式湿敏传感器氯化锂湿敏电阻

氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料，氯化锂电解质感湿液依据电导率随着溶液浓度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感湿。

氯化锂感湿基片的结构为选用绝缘材料的衬底，在上方制作一对金属电极，涂覆一层电解质溶液感湿膜，氯化锂是典型的离子晶体，属于非亲合型电解质，氯化锂溶液中，Li+对极性水分子的吸引力极强，离子水分程度最高。当溶液置于一定温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，因此，其溶液电阻率增高。反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实现对湿度的测量。半导体陶瓷湿敏电阻

半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。

一般有两种：负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降

正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而增大

高分子式电阻湿敏传感器

利用高分子电解质吸湿而导致电阻率发生变化的基本原理来进行测量的。当水吸附在强极性基高分子上时，随着湿度的增加吸附量增大，吸附水之间凝聚化呈液态水状态。在低湿吸附量少的情况下，由于没有荷电离子产生，电阻值很高；当相对湿度增加时，凝聚化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的成对离子主要起载流子作用。此外，由吸附水自身离解出来的质子（H+）及水和氢离子（H3O+）也起电荷载流子作用，这就使得载流子数目急剧增加，传感器的电阻急剧下降。利用高分子电解质在不同湿度条件下电离产生的导电离子数量不等使阻值发生变化，就可以测定环境中的湿度。

(a)安装示意图

(b)电路

汽车后窗玻璃自动去湿装置湿敏传感器的应用ZHG型湿敏电阻及其应用电子式温湿度计婴儿尿湿报警器思考练习题1、对于N型半导体材料的气敏传感器，随着气体浓度的增加，引起阻值的变化（）。2、气敏传感器上加热器的作用（）。3、半导体陶瓷负特性湿敏传感器测试机理，随着湿度的增加，电阻值（）。4、压阻式传感器是基于（）原理制成的。5、常见的变换压力弹性敏感元件（）（）（）。7、应变片分为（）和（）。8、常用的电阻应变式传感器的测量电路（）和（）。温度补偿办法（）（）（）。好好休息3、化学实验室有害气体鉴别

下图所示为有害气体鉴别器的电路。MQS2B是烟雾、有害气体传感器，平时阻值较高（10kΩ左右）。当有烟雾或有害气体进入时，阻值急剧下降。MQS2B的A、B两端电压下降时，＋12V电压经MQS2B的压降减少，使得B的电压升高，经电阻R1和RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的⑤端。当⑤端电压达到预定值时，①、②两端导通。调节可调电阻RP可改变⑤端的电压预定值，从而调节其灵敏度，使①、②两端导通。＋12V电压加至继电器，使继电器得电，触点J1-1吸合，从而控制排风扇电源的开关，使排风扇自动排风。同时②端输出的＋12V电压经R4限流和稳压二极管VD3（5V）稳压后提供微音器HTD电源电压，此微音器是有源的（自带音源），此时便会发出嘀嘀声，由此可知是否有有害气体产生。同时，发光二极管发出红光，实现生光显示。当气体传感器探不到酒精时，加在I⑤脚的电平为低电平;当气体传感器探测到酒精时，其内阻变低，从而使IC⑤脚电平变高。IC为显示推动器，它共有10个输出端，每个输出端可以驱动一个发光二极管。显示推动器IC根据⑤脚的电位高低来确定依次点亮发光二极管的级数，酒精含量越高，点亮二极管的级数就越大。上5个发光二极管为红色，表示超过安全水平;下5个发光二极管为绿色，代表安全水平，酒精的含量不超过0.05%。

1.了解光电式传感器的测量原理

2.光电式传感器的应用

3.光电式传感器的特性

项目四光信号的检测目标要求：

任务描述利用光敏器件实现能够在黄昏时自动接通路灯，在黎明时路灯自动关闭，要求有高灵敏度。

被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号。光电式传感器光电式传感器的原理

光是以光速运动着的粒子（光子）流，一束频率为V的光由能量相同的光子所组成，每个光子的能量为

光的频率越高（波长越短），能量就越大。用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为hV的光子所轰击，组成该物体的材料吸收光子的能量而发生相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应按其作用原理可分为外光电效应和内光电效应。

外光电效应(光电发射效应）光照射在某一物体上,使电子从这些物体表面溢出的现象称为外光电效应。光电效应方程

能否产生光电效应，取决于光子的能量是否大于物体表面的电子逸出功。基于外光电效应的器件有光电管、光电倍增管等。

内光电效应

当光照在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象，称为内光电效应。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。

光电导效应:光照改变半导体导电率，从而引起半导体电阻值的变化效应，这种现象称为光电导效应。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。

光生伏特效应：光照改变PN结电场，从而引起PN结电势的变化效应，称为PN结光生伏特效应基于该效应的器件有光电池。PN电子空穴---+++-+光源

光电器件（1）光电管

光电管的结构示意图阳极光窗光电阴极当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生了电流。主要用于：分光光度计、光电比色计等分析仪器和各种自动装置。（2）光电倍增管

光电倍增管是利用二次电子释放效应，高速电子撞击固体表面，发出二次电子，将光电流在管内进行放大。

由光阴极、次阴极(倍增电极)以及阳极三部分组成。光阴极是由半导体光电材料锑铯做成；次阴极是在镍或铜-铍的衬底上涂上锑铯材料而形成的，次阴极多的可达30级；阳极是最后用来收集电子的，收集到的电子数是阴极发射电子数的105~106倍。即光电倍增管的放大倍数可达几万倍到几百万倍。光电倍增管的灵敏度就比普通光电管高几万倍到几百万倍。因此在很微弱的光照时，它就能产生很大的光电流。

光电管特性①光电特性②伏安特性③光谱特性（3）光敏电阻

光敏电阻又称光导管,它用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。

无光照时,光敏电阻值（暗电阻）很大,通常为兆欧级，电路中电流（暗电流）很小当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值（亮电阻）急剧减少,通常为千欧以内，电路中电流迅速增大暗电阻越大越好,亮电阻越小越好亮电流与暗电流之差为光电流。光敏电阻演示

当光敏电阻受到光照时，光生电子—空穴对增加，阻值减小，电流增大。暗电流（越小越好）

当光敏电阻受到光照时，阻值减小。光敏电阻种类

对光照敏感的半导体光敏元件都可制成光敏电阻，半导体光敏元件的敏感光波长为纳米波，按其最佳工作波长范围可分为三类。

(1)对紫外光敏感元件。紫外光是指紫外线(波长λ=10~380nm)的内侧光波，波长为300一380nm。对这类光敏感的材料有氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化镐(CdS),硒化镐(CdSe)等，这类敏感元件适于作a,B，Y射线检测及光电控制电路。

(2)对可见光敏感元件。可见光波长范围为380一760nm，对这类光敏感的材料有硒(Se)、硅(Si)、锗(Ge)及硫化铊(TiS)硫化镉(CdS)等，尤其是TiS光敏元件，它既适用于可见光，也适用于红外光。这类敏感元件适用于光电计数、光电藕合、光电控制等场合。

(3)对红外光敏感元件。红外光是红外线(波长λ=760一1x106nm)的内侧光波，波长为760一6000nm。对这类光敏感的材料有硫化铅(Pb9)、硒化铅(PbSe},锑化钢(InSb)等，这类敏感元件主要用来探测不可见目标。光敏电阻伏安特性

各类光敏电阻都有最大允许功耗和最大允许电压的要求，超过此极限值将会导致元件永久性损坏。光照特性光敏电阻具有很高的光照灵敏度，且具有明显的非线性，可作控制元件，不宜作计量元件。一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。光谱特性204060801004080120160200240312相对灵敏度1——硫化镉2——硒化镉3——硫化铅λ/μm温度特性

硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线,它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动，导致光敏电阻敏感波长减小。因此,硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。对于可见光的光敏电阻,其温度影响要小一些。

例：试分析该电路的原理及功能？

P121光控电路（4）光敏二极管和光敏晶体管（内光电效应）

光敏二极管的结构与一般二极管相似、它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态

光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态,

在没有光照射时,反向电阻很大（高阻）,反向电流很小,这反向电流称为暗电流。当光照射在PN结上时,光子打在PN结附近,使PN结附近产生光生电子和光生空穴对。它们在PN结处的内电场作用下作定向运动,形成光电流。光的照度越大,光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时,处于截止状态,受光照射时,处于导通状态。光敏二极管的特性光敏三极管光敏晶体管亦有发射区、基区和集电区，基区是受光区，为了扩大光的照射面，基区的面积比较大。光敏晶体管的基区通常无电极引线，工作时相当于基极开路，因而无光照射，只能形成很小的暗电流。当有光照射时，基区产生的光生电子和空穴形成基极电流，此电流在外加集电结反偏电压作用下，放大而成为集电极电流。由此可见，光敏晶体管有光照时的输出电流是光生电流的B倍，因而有比光敏二极管更高的灵敏度。NNPcbecbe光敏三极管外形图1光敏二极管工作电路图2光敏三极管工作电路硅和锗光敏二极（晶体）管的光谱特性这两种敏感元件的光谱特性显然锗管的敏感范围比硅管大，由于锗管温度性能比较差，因而测可见光时，主要用硅管，探测红外光时，主要用锗管。光谱特性伏安特性

硅光敏管在不同照度下的伏安特性。由图可见光敏管的输出电流与所加的偏置电压关系不大，具有近似的恒流特性;光敏晶体管比光敏二极管的光电流大近百倍，因而具有更高的灵敏度;光敏二极管在零偏压下就有一定的电流输出，光敏晶体管有一段死区电压。

光敏三极管的温度特性曲线反映的是光敏三极管的暗电流及光电流与温度的关系。从特性曲线可以看出，温度变化对光电流的影响很小，而对暗电流的影响很大．所以电子线路中应该对暗电流进行温度补偿，否则将会导致输出误差。温度特性光敏晶闸管外形

波长在0.8-0.9UM的红外线及波长在1UM左右的激光，都是光控晶闸管较为理想的光源光电路灯控制电路电子蜡烛实例：光电池的工作原理示意图RLI---mAV+++PN

若将PN结两端用导线连起来，电路中就有电流流过。若将外电路断开，就可测出光生电动势。

光电池外形光敏面能提供较大电流的大面积

光电池外形光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能硅光电池板光电池在动力方面的应用太阳能发电

太阳能电池公交车车顶上安装了用来发电的太阳能电池，所发电量用于发光两级管(LED)车内照明。据悉，由于可以蓄电，因此在没有阳光情况下仍然可以连续照明约9个小时。

光电池在动力方面的应用光电池在人造卫星上的应用光电池的基本特性①光谱特性②光电特性③温度特性④频率特性光电池和光谱特性曲线1—硅光电池2—硒光电池

硅光电池的光照特性1—开路电压特性曲线2—短路电流特性曲线硅光电池硒开路电压温度/℃光生电流/mA1.82.22.0光生电压/V短路电流1002003004005000

20

40

60

80

100（三）温度特性开路电压随温度升高而下降的速度较快。短路电流随温度升高而缓慢增加。因此作测量元件时应考虑进行温补。通常硅光电池的使用温度不允许超过125摄氏度。20406080100硒光电池硅光电池0

1500

3000

4500

6000

7500相对光电流/%入射光调制频率/Hz光电池的频率特性是反映光的交变频率和光电池输出电流的关系。（四）频率特性硅光电池有很高的频率响应，可用于高速记数、有声电影等方面。-vcc39L51K90124001KK1M自动干手器电路任务实施P127光控路灯电路

任务二红外自动干手器电路设计与制作任务描述：1、要求电路能过通过感应装置，在人需要干手时，能够自动打开出风装置。2、感受完成后能够自动关闭。3、能够调节加热和吹风装置的开关时间。问题思考：自动门如何探测人的靠近？1、红外辐射红外辐射俗称红外线，它是一种人眼看不见的光线。但实际上它和其它任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物体，只要它的温度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。红外线传感器是利用物体产生红色辐射的特性实现自动检测的传感器红外