常用传感器原理及应用 ppt课件

2020/10/28
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内光电效应
当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生 变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，
它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内 光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：
A. 光电导效应 在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态
过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这 种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电 器件有光敏电阻。
负温度系数热敏电阻广泛应用。它是一种氧化物的复 合烧结体，一般测量－１００~＋３００℃范围内的温度。
B( 1 1 )
R R0e T T0
Rt
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半导体ＰＮ结特性测温原理
ＰＮ结的反向电流随温度呈指数规律变化，硅二极管的 电流方程为
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过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受 到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价 带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子 和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。
导带
Eg
禁带
价带
自由电子所占能带 不存在电子所占能带 价电子所占能带
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集成温度传感器的输出形式有电压型电流型。电压 型的灵敏度为10mV/℃，电流型的灵敏度为1μA/K。
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AD590 （电流型）
AD590是美国模拟器件公司生产 的单片集成两端感温电流源。它的 主要特性如下：
1、流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度度数
ITμA/K
常用传感器原理及应用
一、温度传感器 二、光电传感器 三、霍尔传感器 四、超声波传感器
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一、温度传感器
1、热电阻传感器 2、ＰＮ结温度传感器 3、集成温度传感器
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精品资料
1、热电阻传感器
➢ 几乎所有物质的电阻率都随本身温度的变化而变化---热电阻效应。 ➢ 根据电阻和温度之间的函数关系，可以将温度变化量 转换为相应的电参量，从而实现温度的电测量。 ➢ 利用这一原理制成的温度敏感元件称为热电阻。 ➢ 热电阻材料可分为金属热电阻和半导体热电阻。
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光谱分布如图所示
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（2）光电效应
光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物 体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电 传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为 外光电效应和内光电效应两大类。
外光电效应
在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表 面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的 电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有 光电管、光电倍增管等。
RTD以0℃阻值作为标称值。如：Pt100
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（1）铂电阻
铂电阻与温度变化之间的关系为 当0<t<660℃时，Rt=R0（1+At+Bt2） 当-190℃<t<0℃时， Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] R0，Rt—分别为0℃和t℃的电阻值 A=3.96847×10-3/℃ B=-5.847×10-7/℃2 C=-4.22×10-12/℃4
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（2）铜电阻
铜电阻输出阻值与温度之间的关系为 0℃-100℃，Rt=R0（1+αt） R0，Rt—分别为0℃和t℃的电阻值 α—铜电阻温度系数（4.25×10-34.28×10-3/℃) R0分别为5０Ω和１００ Ω。
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（3）半导体热敏电阻
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。
3、AD590的电源电压范围为4V～30V。AD590可以承受44V 正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
4、输出电阻为710M。
5、精度高。有I、J、K、L、M五档，M档精度最高，误差为
±0.3℃。
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二、光电传感器
1、概述 （1）光谱
光波： 波长为10—106nm的电磁波 可见光：波长380—780nm 紫外线：波长10—380nm，
波长300—380nm称为近紫外线 波长200—300nm称为远紫外线 波长10—200nm称为极远紫外线， 红外线：波长780—106nm 波长3μm（即3000nm）以下的称近红外线 波长超过3μm 的红外线称为远红外线。
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一定时,二极管的正向电压与被测温度Ｔ 成线性关系；
在一定的电流下，其正向电压随温度的 升高而降低，故呈负温度系数．
i T2>T1>T0
- ~2mV/K
o
u
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3、集成温度传感器
集成温度传感器是以晶体管作为感温元件，并将温敏 晶体管及辅助电路集成在同一芯片上。单个晶体管基极— 发射极之间的电压在恒定集电极电流的条件下，可以认为 与温度呈单值线性关系。
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为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光 电导材料的禁带宽度Eg，即
hhc1.24Eg
式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。
材料的光导性能决定于禁带宽度，对于一 种光电导材料，总存在一个照射光波长限λ0， 只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能 产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电 导率增加。
半导体热敏电阻是利用某些半导体材料的电阻值随温度 变化的特性。 按物理特性，可分为三类： （１）负温度系数的热敏电阻（ＮＴＣ）多用于温度测量和 补偿； （２）正温度系数的热敏电阻（ＰＴＣ）用于恒温、加热控 制或温度开关； （３）临界温度系数的热敏电阻（ＣＴＲ）用于温度开关。
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B. 光生伏特效应
在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动 势的现象叫做光生伏特效应。
基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、 光敏三极管。
①势垒效应（结光电效应）。
接触的半导体和PN结中，当光线照射其接触区