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1、第4章 环境参数传感器 4.1 温度传感器 4.2 湿度传感器 4.3 气敏传感器 4.1.1 双金属片 第4章 环境参数传感器双金属片温度传感器由两个膨胀系数不同 的金属（合金）片焊接在一起组成。在不同的 温度下，两个金属片因膨胀系数不同而伸缩量 不等，其弯曲的方向和程度，就反映了被测量 的温度值。4.1.1 双金属片 双金属片测量温度精度不高，一般用作温 控开关。许多家电的温度保护电路中，都采用 了双金属片温度传感器，当温度高于某一数值 时，双金属片的弯曲量达到一定程度，可以用 温度来控制某一电路的通断。 第4章 环境参数传感器4.1.2 热电阻 热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化 的
2、特性测量温度的。 铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质 中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温 度标准。在-50150的温度范围内，铜电阻 与温度呈线性关系。 铟电阻在4.215K温度范围内，灵敏度比铂电 阻高10倍；锰电阻在263K温度范围内，电阻 随温度变化大，灵敏度高。 第4章 环境参数传感器4.1.2 热电阻 热电阻是利用导体的电阻随温度变化而变化 的特性测量温度的。 飞机上用热电阻丝在拉瓦尔管喉部来测量大 气的总温（全受阻温度）。第4章 环境参数传感器4.1.3 热电偶 热电偶由两种自由电子浓度不同的金属（合 金）组成，它们的端点焊接在一起。 自由电子的扩 散运动产生接触 电势：
3、第4章 环境参数传感器4.1.3 热电偶 热电偶回路中串入第三种导体，只要串入导 体两端的温度相等，热电偶的热电势不变。 第4章 环境参数传感器4.1.3 热电偶 选用测量范围合适的热电偶。 注意进行冷端温度补偿。第4章 环境参数传感器4.1.3 热电偶 第4章 环境参数传感器4.1.3 热电偶 喷气温度表飞机上采用高温热电偶来测量喷气的总温。第4章 环境参数传感器4.1.4 热敏电阻 热敏电阻是由一些金 属氧化物，采用不同比 例的配方，经高温烧结 而成。 负温度系数热敏电阻 灵敏度高，使用最多。 第4章 环境参数传感器4.1.4 热敏电阻 第4章 环境参数传感器4.1.5 热敏二极管和热敏三
4、极管 热敏二极管和热敏三极管都是利用半导体材 料和器件的温度特性，来实现温度测量的。 热敏二极管的正向电 压Uf与绝对温度T 和正向 电流If的关系为：第4章 环境参数传感器4.1.5 热敏二极管和热敏三极管 热敏三极管基 极-发射极电压 UBE与温度T 和集 电极电流IC之间 的关系为：第4章 环境参数传感器4.1.5 热敏二极管和热敏三极管 第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 绝对湿度：单位体积空气中水分的质量。 相对湿度：同一温度下，空气的绝对湿度与 水蒸气饱和时的绝对湿度的百分比。 4.2.1 湿度的概念第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 电解质 导电性能随 电解质的浓 度
5、变化：湿 度越大，电 解液浓度越 较低，导电 性能越差。 4.2.2 电解质式湿度传感器第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 水分子中 的氢原子会从 半导体陶瓷表 面俘获自由电 子，使其表面 带负电，而使 其导电性能发 生变化。 4.2.3 半导体陶瓷湿度传感器第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 高分子聚合物制成的 薄膜，具有迅速吸湿和 脱湿的能力。 高分子湿度传感器有 石英振荡式和电容式。 高分子聚合物薄膜吸 附的水分随湿度变化， 使电容值也随之变化。 4.2.4 高分子湿度传感器第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 当湿敏二极管加恒 定反向偏置电压和负载 时，二极管处于雪崩区
6、 附近，随着相对湿度的 增加，二极管雪崩击穿 电压提高，导致二极管 的反向电流减小。 4.2.5 湿敏二极管和湿敏MOS场效应管第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 在湿敏MOS场效应管的 栅极上，施加一个直流电 压Vs和一个交流电压Us，则 其漏极输出电压Vo与感湿 薄膜电容Cs的关系为： 4.2.5 湿敏二极管和湿敏MOS场效应管第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 使用交流电源，否则性能会劣化甚至失效。 类类型响应应速度 稳稳定性温度范围围寿命 电电解质质较较快差70 短 陶瓷较较慢好全温范围围长长 高分子快差70较较短 环境温度变化范围较宽时，需进行温度补偿。 输出特性是非线性
7、的，一般需进行线性化。 4.2.6 湿度传感器的使用注意事项第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 湿敏电容结露传感器温湿度传感器第4章 环境参数传感器4.2 湿度传感器 电容型高分子膜 湿度传感器高分子 湿度传感器第4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 固态气敏传感器按构成气敏传感器材料可 分为半导体和非半导体两大类。目前实际使用 最多的是半导体气敏传感器。 电阻型半导体气敏元件是利用半导体接触 气体时，其阻值的改变来检测气体的成分或浓 度；而非电阻型半导体气敏元件则根据其对气 体的吸附和反应，使其有关特性变化对来气体 进行直接或间接检测。 4.3.1 固态气敏传感器第4章 环境参数传感
8、器4.3 气敏传感器 吸附分子从器件夺得电子而变成负离子吸 附，半导体表面呈现电荷层，这种气体称为氧 化型气体或电子接收性气体，例如氧气。吸附分子向器件释放出电子，而形成正离 子吸附，称为还原型气体或电子供给性气体， 例如H2、CO、碳氢化合物和醇类。 4.3.1 固态气敏传感器第4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 氧化型气体吸附到N型半导体，还原型气体吸 附到P型半导体上时，将使半导体载流子减少 ，而使其电阻值增大。 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，则载流子增多，使器 件的电阻值减小。 被测气体浓度越高，传感器电阻变化量越大。 4.3.1 固态气敏传感器第
9、4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 4.3.1 固态气敏传感器第4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 非电阻型气敏器件也是半导体气敏传感器 之一。它是利用MOS二极管的电容电压特性的 变化以及MOS场效应晶体管的阀值电压的变化 等特性而制成的气敏元件。 原理自学4.3.1 固态气敏传感器第4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 液态气敏传感器工作原理：电解液与被测 气体发生一定的化学反应，改变了电解液的导 电性能。 光学气敏传感器的原理是利用气体分子对 光的吸收作用。不同的气体可以吸收不同波长 的光，气体浓度不同，吸收的光能量也不同。 4.3.2 液态气敏传感器4.3.3 光学气敏传感器第4章 环境参数传感器4.3 气敏传感器 酒精传感器可燃气体传感器烟雾传感器氧气传感器第4章 环境参数传感器
