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1、项目14 常用半导体传感器的检测与识别,项目要求: 通过对各种常用半导体传感器的实际识别和测量，要求学生会识别常用半导体传感器的种类，熟悉常见常用半导体传感器的名称，了解不同类型常用半导体传感器的作用，掌握常用半导体传感器的检测方法。,知识要求 : （1）掌握常见半导体传感器的种类和用途。 （2）掌握半导体传感器的主要参数。 （3）掌握半导体传感器的检测方法,能力要求 : （1）能用目视法判断、识别常见半导体传感器的种类，能正确说出各种半导体传感器的名称。 （2）对半导体传感器上标识的型号能正确识读，了解该半导体传感器作用和特点。 （3）会用万用表对半导体传感器进行正确测量，并对其质量做出评价
2、。,学习方法: 该项目通过对各种常用半导体传感器进行识别，再使用万用表对常用半导体传感器进行测量，达到能判别常用半导体传感器质量好坏的目的。,项目实施方法与步骤 【项目实施目标】 （1）熟悉各种半导体传感器的类型和用途。 （2）熟悉各种半导体传感器的外形和规格。 （3）掌握用万用表检测半导体传感器的方法。,【项目实施器材】 （1）电子产品：各种类型的常用半导体传感器若干。 （2）每两个人配备指针式万用表和数字式万用表各一只。 【项目实施步骤】 （1）识别各种类型的常用半导体传感器，观看其外部特征，识读常用半导体传感器上的各种标志。 （2）用万用表对各种半导体传感器进行检测。 （3）完成在项目实
3、训报告中要求的操作，将操作结果填入相应的表格中。,项目相关知识 半导体传感器是一种新型半导体器件，它能够能实现电、光、温度、声、位移、压力等物理量之间的相互转换，并且易于实现集成化、多功能化，更适合于计算机的要求，所以被广泛应用于自动化检测系统中。由于实际的被测量大多数是非电量，因而传感器的主要工作就是将非电信号转换成电信号。 半导体传感器的种类很多，常用的有光敏传感器、声敏传感器、热敏传感器、磁敏传感器、力敏传感器、气敏传感器等。,知识1 热敏传感器,热敏传感器是将温度信号转换成电量信号的一种器件。热敏器件广泛用于卫星、气象、深海探测、医疗卫生、节能和能源开发、工业自动控制等方面，实现测温和
4、控温。在电子电路中常用作自动增益控制、过热和过载保护等。常用的热敏器件有：铂测温电阻、热电偶和热敏电阻等。 1铂测温电阻 由于铂材料的物理化学性能极为稳定，耐氧化能力强，并且具有良好的与识别性。所以常把0.05 mm左右的高纯度铂丝缠在绕线管或云母框架上，作为在200+500范围的温度测量器，即铂测温电阻。通常将该电阻组成电桥形式进行测量，铂测温电阻的缺点是价格较贵。 2热电偶 热电偶是一种能将温度转换成电动势的传感器，它的工作原理是利用物体的热电效应。实验发现，不同的材料对电子的束缚能力不同，而且还受温度的影响，所以在材料里实际导电的电荷的浓度差别较大。由两种不同材料的导体组成一个闭合回路，
5、于是得到了两个结合面，称为两个结点。当两个结点的温度不同时，回路中将产生电动势，这种现象称为热电效应。组成热电偶的导体称为“热电极”，热电偶所产生的电动势称为“热电动势”。在热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称为测量端，又称工作端或热端，而另一结点称为参考端，又称自由端或冷端。,热电偶是一种特殊的传感器，它工作时相当于一个电源，并且具有一定的带负载能力。当热电偶的两个结点有足够大的温差时，它甚至能驱动某些制造精密的电动部件。例如：在燃气热水器中，用常明火种一直加热热电偶，由它驱动一个电磁阀门，使其处于吸合状态，保持进气阀门开启，如果火种熄灭，则电磁阀门断开，使进气阀门关闭，从而
6、完成了熄火保护功能。 3热敏电阻 热敏电阻是一种半导体测温元件。它是利用测温元件的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。热敏电阻按温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度系数热敏电阻（CTR）。热敏电阻的外形有片状、杆状、垫圈状、管状等，如图14.1所示。,图14.1 部分热敏电阻的外形,NTC热敏电阻主要由Mn、Co、Hi、Fe等金属的氧化物烧结而成。通过不同的材质组合，能得到不同的电阻值及不同的温度特性；PTC热敏电阻是在以BaTiO3和SrTiO3为主的成分中加入少量的Mn2O3构成的烧结体；CTR热敏电阻是用V、Ge、W、P等金属的氧化物在弱
7、还原气氛中形成烧结体。在家用电器中，应用最广泛的是PTC器件，用它作为控温元件或电热元件。 PTC是一种正温度系数的热敏电阻，外形有方的和圆的多种，其尺寸也有多种，通常是在面积较大的两个相对的表面上镀有银层，作为供电的电极。PTC有着十分特殊的电阻温度特性：当温度低于居里点时，PTC近似为一个阻值较小的电阻，可以小到十几欧姆，但当温度高于居里点时，PTC的阻值随温度升高而急剧增大，增加量可达103105倍，这时可以认为PTC已处于开路状态，如图14.2所示。“居里点”是一个特殊的温度值，由材料的配合比例和生产与识别决定。常见PTC产品的居里点从几十度到几百度都有，可以按照实际需要选用。,图14
8、.2 PTC的温度特性,知识2 磁敏传感器、力敏传感器、气敏传感器和湿敏传感器,1磁敏传感器 将磁场加于半导体固体器件上，就会产生磁电效应，它包括霍尔效应和磁阻效应。现在利用这些效应制成的固体半导体传感器和磁阻元件已经作为磁敏传感器使用。利用半导体传感器可进行磁场测量、大电流测量，可制成无触点开关和位移、转速、位置、速度等传感器。在汽车中用它来测量发动机的转速，可实现无接触测量。 2力敏传感器 力敏器件是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种半导体器件，它能将被测的各种力学量如压力、速度、流量等转换成电量。当半导体材料受到外力作用时，除产生形变外，晶体的内部结构也随之改变，使材料的电阻率发生变化
9、，这就是半导体的压阻效应。利用这种效应实现力、位移和扭矩等量的电转换。 力敏器件的应用十分广泛，在医学方面，用于测量人体的血压、脑压等；在交通运输方面可测载重、风速、风压等；在科学研究、工业自控、环境气象、建筑材料及工程等领域应用十分普及。 3气敏传感器 半导体气敏元件是由非化学配比的金属氧化物半导体材料烧结而成的，遇到还原性气体或氧化性气体时，其阻值会发生变化，从而把气体信号（浓度或成分）转变为电信号，实现对可燃和有害气体的检测和报警。 半导体气敏元件可以根据材料的不同，制成对某种气体有一定选择性的专用传感器，如MQ31型对一氧化碳气体有很高的灵敏度，Pb-MOS则对氢气特别敏感。 为了使感
10、应体的固相与被测气体的气相相互作用高度活性化，以提高响应速度和增大灵敏度，气敏传感器的感应体需要加热到300以上的高温使用。,气敏传感器主要用于煤气、液化气、煤矿瓦斯气体的泄漏以及火灾的报警，对环境大气的监测，在石化、轻工、电子、电力、冶金等部门对可燃气体的检测、检漏报警。被检测的煤气等气体常常比空气轻，所以气敏传感器应安装在位置比较高的地方。 4湿敏传感器 湿敏传感器是能将湿度信号转换成电信号的一种新型器件。 在家电产品中，常使用湿敏器件进行湿度检测。湿敏器件主要由金属氧化物半导体制成，它有半导体陶瓷湿敏电阻、高分子薄膜式湿敏电容和聚合物磺酸锂离子交换型湿敏元件等几种。湿敏传感器的主要特点是
11、响应速度快，当相对湿度变化10%RH时，在几秒钟内湿敏传感器就可以反映出来。 典型的湿敏传感器是多孔陶瓷湿敏器件，它具有测量湿度范围大、响应迅速、工作稳定的特点，它的另一个优点是电阻率能在很大范围内随湿度的变化而变化，是目前应用比较广泛的一种湿度传感器。,5各种传感器的检测 传感器的检测一般都需要使用专用仪器，并且要具备一定的条件，如温度的变化、湿度的变化、某种气体浓度的变化、磁场强度的变化等。在业余条件下，可以使用万用表来测量传感器的输入端和输出端的电阻值，作为一个最简单的判断。,技能与技巧,家用微波炉常见故障维修技巧 在电炊具中，微波炉的致热效率是最高的。近几年来，国产微波炉的价格大幅下降
12、，更由于其使用方便，家庭普及率越来越高。随着微波炉数量的增加，微波炉的维修工作也逐渐增加。许多人对微波炉工作时产生的微波有恐惧感，对维修工作也感到棘手。其实，微波炉的工作原理很简单，真正的核心器件只有4个：电源变压器、高压电容、高压二极管和磁控管，维修工作也很简单。,普通型微波炉的电路如图14.3所示。,在图14.3中，SA1为电源开关，SA2、SA3为门联锁开关，SA4为定时开关，SA5为功率调节开关，ST为由碟形双金属片构成的磁控管过热保护开关。当需要微波炉工作时，关上炉门，炉门联锁机构动作，主联锁开关SA4闭合，联锁监控开关SA2断开，微波炉处于准备工作状态。当设定烹饪时间后，定时器开关
13、SA3闭合，炉灯HL亮。若微波炉的功率调节器设定在最高挡位时，则功率调节开关SA5也闭合，这时只需按下启动按钮，则开关SA1闭合，微波炉开始工作，转盘电动机、风机、定时电动机和功率调节电动机均转动，定时器开始计时，220 V/50 Hz电源接通电源变压器的初级回路，变压器的二次绕组输出约2 100 V的高压，再经高压二极管和高压电容C组成的半波倍压整流电路后，转换为约4 kV的直流负电压加在磁控管的阴极，使磁控管的阴极和阳极间形成一个高压电场区。同时变压器的灯丝绕组输出3.15 V的电压直接供给磁控管的灯丝（灯丝就是阴极），使其被加热而发射电子。在电场和磁场的共同作用下，电子在谐振腔内形成振荡
14、，产生2 450 MHz的微波，微波经波导管输入微波炉腔，与腔内放置的食物分子形成共振，食物分子间的振动摩擦使食物被加热。放在转盘上的食物不断旋转，使食物被均匀加热。当设定时间终了时，定时器的复位铃响，开关SA3断开，电源开关SA1也断开，加热结束。按下开门按钮，联锁开关动作，SA4断开，SA2闭合。炉门打开后，即可取出烹饪的食物。 。,由以上电路分析可见，微波炉在电路中采取了多重保护措施，防止炉门打开时微波发生电路仍在工作，从而有效的保护了使用者。至于微波辐射对人体的危害，生产厂家在设计微波炉的结构时已经解决了防辐射问题。微波炉问世30多年，从未有因微波辐射对人体造成危害的报道。 微波炉最常
15、见的故障有如下两种，其维修方法也有技巧。 （1）指示灯不亮，也不能加热。 这个故障的原因大多是电路中的熔丝烧断，只要打开微波炉外壳，找到熔丝，将其更换即可。因为微波炉频繁启动，大电流的多次冲击容易使熔丝烧断，根本不是微波炉内部有短路故障所致。作为应急维修方法，也可将熔丝两端用导线连接起来即可。 （2）指示灯亮，但不能加热。 这个故障的原因大多是电路中的高压电容或高压二极管损坏，又以高压二极管损坏的可能性最大。尤其是在冬季，微波炉内温度很低，高压电容和高压二极管上容易结露，致使高压电容和高压二极管的耐压性能下降，容易被击穿而损坏。所以在冬季，不要将微波炉放在寒冷的地方，可大大降低微波炉故障的发生
16、率。 维修时，只要打开微波炉外壳，找到高压二极管，用万用表的“R10 k”挡，测量其正反向电阻，若两次测量其阻值都无穷大，即可判定是高压二极管损坏，将其更换即可,新器件与新技术,CAD与EDA CAD是计算机辅助设计的英文简称，EDA（Electronics Design Automation）是电子设计自动化的英文简称。EDA是在CAD技术的基础上发展起来的计算机软件系统，可看作是电子CAD的高级阶段。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，操作界面友好，有良好的数据开放性和互换性。利用EDA设计工具，设计者可以预知设计结果，减少设计的盲目性，极大地提高了设计的效率。 1EDA技术的基本特征 EDA技术采用并行工程和“自顶向下”的设计方法。所谓并行工程是指一种系统化、集成化、并行产品相关过程的开发模式（相关过程指制造和维护）。这一模式使开发者从开始就要考虑到产品生存周期的诸多方面，包括质量、成本、开发时间及用户的需求等。 EDA技术采用了硬件描述语言。其优点是：语言的公开可使用性；设计与与识别的无关
