家用电器中传感器的应用及发展趋势

家用电器中传感器的应用及发展趋势

[摘要]：在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器的支持。现代家用电器中传感器已得到普遍应用。温度传感器，光敏传感器以及声波传感器等都走进了人们的生活。绝大部分的日常生活与信息资源的开发、采集、传送和处理都已与传感器息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化、智能化、多功能化和网络化等优良特征。

关键词：温度传感器；光敏传感器；微型化；智能化；多功能化

【Abstract】: The develop and application of technology can not without the support of sensor now. The sensors are widely used in household appliances. Like temperature sensor ,photosensitive sensor and pressure sensor is familiar in our life. The sensors are closely linked with every part of our life.Especially about the information.Now, the development trend of sensors is micro,smart,multifunction and wireless networked.

Key words:Temperature sensor; Photosensitive sensor ; Micro; Smart; Multifunction 为了实现对家用电器的智能化，自动化控制以及安全运行，需要对有些物理变化量进行不断地检测，因而传感器技术得到了广泛的应用。

传感器在家电中的应用

超声波传感器

超声波为频率20kHz以上的声波信号，它在空间是以直线方式传播。由于它具有波长短，绕射现象小，反射能力强(方向性好)，能定向传播，在空气中传播速度较慢（为340m/s 左右）以及在传播过程中的衰减很小等特点。因此，可以根据这些特点，制成多种不同功能的超声波传感器。超声波传感器在电脑程控电风扇等家用电器上得到广泛应用。

超声波传感器是实现声电转换的装置，所以，又称为超声波换能器。超声波传感器既能发射出超声波信号，又能接受发射出去的超声波的回波，并能将其转换成电信号。

超声波传感器有专用型和兼用型两种。专用型超声波传感器由发射器和接收器两个独立部分组成，其发射器专门负责发送超声波；兼用型超声波传感器既可发送超声波（相当于发送器），又可接受(相当于接受器)。超声波传感器的中心频率有23kHz,40kHz,75kHz,200kHz和400kHz等多种类型。其中家用电器用超声波传感器的中心频率一般为40kHz。

家用电器用超声波传感器，一般是利用压电效应原理制成。它是双晶压电振子结构，也就是将双压电陶瓷片以相反方向粘贴在一起。工作时在长度上，一片伸长，而另一片缩短。在双晶子的两面涂敷有薄膜电极。双晶子呈正方形结体，振子的两边由圆弧形突起部分支撑着，这两个支点就是振子振动的结点。在金属板的中央设有圆锥形振子，在发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，能够高频率发送超声波信号；在接受超声波时，圆锥形振子能够使超声波的振动集中于振子的中心，高效应产生电信号。

在发射器的双晶子振子上加40kHz的脉冲电压信号，就会引起双压电陶瓷片的伸长与缩短变化，即发送出频率为40kHz的超声波。超声波使接受器的压电元件发生应变效应，产生一面为正，另一面为负的电压，也就产生了与超声波频率（40kHz）相同的电压信号。温度传感器

温度检测是家用电器中最常用的物理检测，利用温度传感器可以将温度的变化转换为电信号，以此对家用电器进行智能检测。家用电器常用的温度传感器主要有温敏电阻，热电偶以及温敏晶体等元件。

温敏电阻是利用半导体电阻（或电流）随温度变化特性，而制成的感温元件。它主要包括正温度体系数的温敏电阻（PTC）和负温度系数温敏电阻（NTC）两种类型。

PTC温敏电阻，一般是用钛酸钡掺和微量稀土元素，采用陶瓷工艺制成的半导体元件。钛酸钡半导体元件的特殊成分和晶体结构，时期具有一种奇妙的特性——PTC特性。即从居里点温度开始，PT元件呈现正温度系数特性，其电阻值随温度的上升而急剧增大（可达几个数量级）。当电阻增大到一定值时，PTC元件的电阻值随温度的变化而缓慢变，使元件自身有一定恒温范围。因此，PTC温敏电阻具有温度自限能力

PTC元件的居里点温度，电阻变化率以及元件自身的电阻值等参数，取决于掺入钛酸钡中的微量元素的种类，数量和烧结工艺等因素。如掺入锡（Sn）,锶（Sr）等元素，可使居里点向低温方向移动；若掺入铅（Pb）等元素，可使居里点向高温方向移动。利用这种掺杂特性，可以将居里点温度控制在一定范围内（一般为100~300℃），以适应不同的应

用。

NTC温敏电阻也是一种半导体陶瓷元件，它是用锰（Mn），钴（Co）,镍（Ni）和铁（Fe）等金属氧化物按一定比例混合，用陶瓷工艺制成。NTC温敏电阻分低温型（-60~300℃）和高温型(>600℃)种。另外，还有一种具有开关特性的NTC温敏电阻，又称为符文临界温敏电阻（CTR），它有一个突变的温度点并且，这个温度点可以通过掺入的锗（Ge）,镍（Ni），钨（W）等金属元素在一定范围内调整。

1821年，塞贝克发现，对两种不同导体的结点进行加热时会产生热电势。热电偶就是利用塞贝克效应制成的温敏传感器。当两种不同的导体组成闭合回路是时，若两端结点温度不同（分别为To和T），回路中就会产生电流，相应的电势称为热电势，这种装置即称为热电偶。

热电势是由接触电势和温差电势两部分组成，其大小是与两端点的温差以及材料的性质有关。理论和实验证明，在A,B两导体间接入第三种材料C，只要结点2和结点3的温度相同（A,B两导体的结点为1），则与节点直接相连时的热电势也相同。若使To为设定的温度（恒定不变），额热电势仅与T端（感温端）的温度有关。利用热电偶的这一特性，可制成用于检测温度的热敏传感器。常用的热电偶温敏传感器有铂铑——铂热电偶，镍铬——镍铝热电偶，镍铬——镍硅热电偶和铜——康铜热电偶。

热电偶一般都设有保护装置，以延长其使用寿命。其保护装置不同，就构成了不同结构的热电偶。如金属套管热电偶，铠装热电偶和绝缘层封装热电偶等.另外，现代家用电器中还常用晶体管温敏传感器和集成温敏传感器等传感技术。

红外传感技术

红外传感技术是将红外辐射能量变化转换成电信号的装置，它是根据热电效应和光子效应原理制成。运用热点效应制成的传感器称为热释电型红外传感器；运用光子效应原理制成的传感器称为量子（光子）型传感器。热释型红外传感器多用于检测温度，所以又称为热敏传感器。它主要是用热释电材料LiTaO3制成的热释型电元件构成。主要热释型电元件的温度发生变化，传感器表面电荷就会发生变化。同样，当热释型电元件吸收红外线后，其结晶体的温度会发生变化，使结晶体表面的电荷变的不平衡，把这种不平衡以电压变化的信号输出，就可检测红外线。

光电动型红外传感器，是在Ge,InSb,InGaAs,HgCdTe等半导体基片上形成PN结，当接受到红外线的照射，就会产生光电动势。家用电器上一般采用光电型红外线传感器，如红外光敏二极管，红外发光二极管以及光敏晶体管等元件。

压电式传感器