项目14-常用半导体传感器的检测与识别

电子元器件检测与识别
项目相关知识
半导体传感器是一种新型半导体器件， 半导体传感器是一种新型半导体器件，它能够能实现 温度、 位移、压力等物理量之间的相互转换， 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， 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。 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， 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。 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、 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 感器、热敏传感器、磁敏传感器、力敏传感器、 器等。 器等。
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， 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， 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，这就是半导体的压阻效应。 体的内部结构也随之改变，使材料的电阻率发生变化，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。 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； 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、 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。 用十分普及。
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项目14 项目14 常用半导体传感器的检测与识别
项目要求: 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 通过对各种常用半导体传感器的实际识别和测量， 学生会识别常用半导体传感器的种类， 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， 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。 掌握常用半导体传感器的检测方法。
【项目实施步骤】 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。 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。 ）用万用表对各种半导体传感器进行检测。 （3）完成在项目实训报告中要求的操作，将操作结果填入 ）完成在项目实训报告中要求的操作， 相应的表格中。 相应的表格中。
• 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 热电偶是一种能将温度转换成电动势的传感器， 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， 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。 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，于是得到了两个结合面， 由两种不同材料的导体组成一个闭合回路，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， 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” 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， 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 的被测对象中的结点称为测量端， 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 的被测对象中的结点称为测量端 又称工作端或热端， 点称为参考端，又称自由端或冷端。 点称为参考端，又称自由端或冷端。
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学习方法: 学习方法
该项目通过对各种常用半导体传感器进行识别， 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， 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。 器质量好坏的目的。
项目实施方法与步骤
【项目实施目标】 项目实施目标】
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知识1 知识 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、 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，实现测温和控温。 自动控制等方面，实现测温和控温。在电子电路中常用作自动增益控 过热和过载保护等。常用的热敏器件有：铂测温电阻、 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。 热敏电阻等。
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图14.2 PTC的温度特性 的温度特性
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知识2 磁敏传感器、力敏传感器、 知识 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。 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。 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 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、 在汽车中用它来测量发动机的转速，可实现无接触测量。 器。在汽车中用它来测量发动机的转速，可实现无接触测量。
• 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 由于铂材料的物理化学性能极为稳定，耐氧化能力强， 左右的高纯度铂丝缠在绕线管或云 的与识别性。所以常把Φ0.05 mm左右的高纯度铂丝缠在绕线管或云 的与识别性。 母框架上，作为在−200℃～+500℃范围的温度测量器，即铂测温电阻。 母框架上，作为在 ℃ ℃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。 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。
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知识要求 :
（1）掌握常见半导体传感器的种类和用途。 ）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。 ）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 ）能用目视法判断、识别常见半导体传感器的种类， 正确说出各种半导体传感器的名称。 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 ）对半导体传感器上标识的型号能正确识读， 导体传感器作用和特点。 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 ）会用万用表对半导体传感器进行正确测量， 量做出评价。 量做出评价。
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， 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 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， 对可燃和有害气体的检测和报警。 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， 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。 型对一氧化碳气体有很高的灵敏度， 则对氢气特别敏感。 型对一氧化碳气体有很高的灵敏度 则对氢气特别敏感 为了使感应体的固相与被测气体的气相相互作用高度活性化， 为了使感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 气敏传感器的感应体需要加热到300℃以上的高温使用。 度，气敏传感器的感应体需要加热到 ℃以上的高温使用。
（1）熟悉各种半导体传感器的类型和用途。 ）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。 ）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。 ）掌握用万用表检测半导体传感器的方法。
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【项目实施器材】 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。 ）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。 ）每两个人配备指针式万用表和数字式万用表各一只。
电子元器件检测与识别 热电偶是一种特殊的传感器，它工作时相当于一个电源， 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， 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， 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， 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， 门开启，如果火种熄灭，则电磁阀门断开，使进气阀门关闭，从而完成 了熄火保护功能。 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。 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。 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（ ）、正温度系数热敏电阻 敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度系数热敏电 ）、正温度系数热敏电阻（ ） ）。热敏电阻的外形有片状 阻（CTR）。热敏电阻的外形有片状、杆状、垫圈状、管状等，如图 ）。热敏电阻的外形有片状、杆状、垫圈状、管状等，如图14.1 所示。 所示。
图14.1 部分热敏电阻的外 形
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• NTC热敏电阻主要由 、Co、Hi、Fe等金属的氧化物烧结而成。通过不同的 热敏电阻主要由Mn、 、 、 等金属的氧化物烧结而成 等金属的氧化物烧结而成。 热敏电阻主要由 材质组合，能得到不同的电阻值及不同的温度特性； 热敏电阻是在以BaTiO3 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 热敏电阻是在以 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 、 构成的烧结体； 热敏电阻是用V、 和SrTiO3为主的成分中加入少量的 为主的成分中加入少量的 构成的烧结体 热敏电阻是用 Ge、W、P等金属的氧化物在弱还原气氛中形成烧结体。在家用电器中，应用最 等金属的氧化物在弱还原气氛中形成烧结体。 、 、 等金属的氧化物在弱还原气氛中形成烧结体 在家用电器中， 广泛的是PTC器件，用它作为控温元件或电热元件。 器件， 广泛的是 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 是一种正温度系数的热敏电阻， 是一种正温度系数的热敏电阻 外形有方的和圆的多种， 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。 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 有 着十分特殊的电阻温度特性：当温度低于居里点时， 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 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， 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 的阻值随温度升高而急 剧增大，增加量可达103～105倍，这时可以认为 已处于开路状态， 剧增大，增加量可达 ～ 倍 这时可以认为PTC已处于开路状态，如图 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。 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。 产品的居里点从几十度到几百度都有， 常见 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。