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——取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关。 ——对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，
总热电势就只与温度T成单值函数关系。
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3）热敏电阻式温度传感器
❖ 利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的 原理进行测温
❖ 在实际生产中，热敏传感材料主要是指电阻值随 温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷
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2. 热敏传感材料
❖ 指对温度变化具有灵敏响应的材料
1）双金属温度计（热膨胀式）
❖ 把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成 ——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。
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❖ 优点：结构简单、牢固、可靠、防爆
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2）热电势式温度计（热电偶）
➢ 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。
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接触电动势
❖ 由于两种不同导体的自由电子密度N不同而在接 触处形成的电动势
❖ 接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特 性和接触点的温度
——两接点的接触电动势eAB(T)和eAB(T0)可表示为：
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温差电动势
❖ 同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动 势，其机理：
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NTC热敏电阻材料
❖ NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有 负温度系数的热敏电阻现象和材料
❖ 该材料是利用Mn、Cu、Si、Co、Fe、Ni、Zn等 两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合烧结 而成的半导体陶瓷
——现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为 代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。
热敏电阻
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PTC热敏电阻材料
❖ PTC是指超过某一温度电阻急剧增加、具有正温 度系数的热敏电阻现象或材料
——可专门用作恒定温度传感器。
❖ 该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为基的烧结 体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等 氧化物进行原子价控制而使之半导体化
——常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导 （体）陶瓷。
➢ 当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横 截面变小，引起电阻增加
➢ 反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小
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主要的金属应变电阻材料
❖ 铜镍合金（康铜）：灵敏系数稳定性、耐辐射性 能好，低温性能较差
❖ 镍铬系合金：电阻率和抗氧化能力高、工作温度 较宽
❖ 铁铬铝合金：抗氧化、耐高温性能最好 ❖ 镍铬铁合金：电阻温度系数小、电阻率高 ❖ 铂和铂合金：抗氧化、耐高温性能最好 ——前三种最常用。
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金属应变电阻材料优点
❖ 电阻温度系数、温度灵敏度系数等都比半导体好 ❖ 具有很高的延展性和抗拉强度 ❖ 在耐高温、大应变、抗辐射等场合得到广泛使用
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2）半导体压阻材料
❖ 压阻效应：当半导体受到机械力作用时，由于载 流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象
原理：机械力作用 晶格间距变化 禁带宽度变 化 载流子相对能量改变 电阻率变化
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3. 光敏传感材料
❖ 光敏传感材料是指在光照下会因各种效应产生光 生载流子的材料
➢ 外光电效应：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象
——向外发射的电子称为光电子，如光电管、光电 倍增管等。
➢ 内光电效应：半导体材料受光照时会产生电子-空 穴对，使其导电性能增强，光线愈强，阻值愈低
➢ 高温端的电子能量要比低温端的电子能量大 ➢ 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高
温端的要多 ➢ 结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得
多余的电子而带负电 ➢ 在导体两端便形成温差电动势
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热电偶回路中产生的总热电势
eAB(T, T0) = eAB(T) + eB(T, T0) – eAB(T0) – eA(T, T0) ➢ 忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：
——如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
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光电管
➢ 当阴极受到适当波长的光线照射时便发射光电子 ➢ 电子被正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电
子流，在外电路中便产生电流
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光电导效应和光生伏特效应
❖ 光电导效应：在入射光的作用下，电子吸收光子 能量从键合状态过渡到自由状态
❖ 压阻系数G：单位应力作用下电阻率的相对变化
——主要采用单晶硅，为调节力敏元件的压阻系数、 电阻值和温度特性，还要掺杂B、P等杂质。
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半导体压阻材料优点
❖ 灵敏度与精度高 ❖ 易于微型化和集成化 ❖ 结构简单、工作可靠，在几十万次疲劳试验后，
性能保持不变 ❖ 动态特性好，其响应频率为103~105 Hz
➢ 力敏材料、热敏材料 ➢ 光敏材料、磁敏材料 ➢ 气敏材料、湿敏材料 ➢ 压敏材料等
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1. 力敏传感材料
❖ 力敏传感材料是指在外力作用下，电学性质会发 生明显变化的材料，分为：
➢ 金属应变电阻材料 ➢ 半导体压阻材料 ➢ 压电材料
力敏传感器
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1）金属应变电阻材料
❖ 电阻应变效应是指金属导体的电阻在导体受力产 生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象：
迅速做出反应——控制技术
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信息材料分类
❖ 信息材料就是指与现代信息技术相关，用于实现 信息的收集、存储、处理、传递和显示的材料
❖ 根据其功能，可把信息材料主要分为： ➢ 信息收集材料 ➢ 信息存储材料 ➢ 信息处理材料 ➢ 信息传递材料 ➢ 信息显示材料
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一、信息收集（传感）材料
❖ 信息传感材料是指用于信息传感器和探测器的一 类对外界信息敏感的材料，主要包括：
——用来制成各种常温下压力、应力、应变、速度、 加速度传感器，逐步取效应：某些电介质，在一定方向上受到外力 作用而变形时，内部会产生极化现象
——同时在其表面上会产生电荷，当外力去掉后， 又重新回到不带电状态的现象。
❖ 压电材料：具有压电效应的电介物质
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石英晶体压电效应示意图
信息材料
Information Materials
人体与信息技术
❖ 信息技术是收集、存储、处理、传递和显示各种 信息的技术：
➢ 收集信息：眼、耳、鼻、舌、皮肤——感测技术 ➢ 传送信息：神经系统——通信技术 ➢ 存储和处理信息：大脑——信息处理、存储技术 ➢ 显示信息：肌肉、四肢根据大脑指令对感知信息