传感器是一种能够感知外部信息并将其转换为可用信号的装置;简单地说,传感器是将外部信号转换为电信号的装置。因此,它由敏感元件(感知元件)和转换元件组成。一些半导体敏感元件可以直接输出电信号,这本身就构成了传感器。 敏感元器件种类繁多,可分为: 基于力、热、光、电、磁和声等物理效应的物理类。 基于化学反应学反应的原理。 基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物类。 根据其基本感知功能,可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、辐射敏感元件、色敏元件和味敏元件。 传感器的分类如下: 沧正称重传感器 一、力敏传感器 力敏传感器有很多种,传统的测量方法是用弹性材料的变形和位移来表示。力敏传感器是应用最广泛的传感器。它是检测气体、液体、固体和其他物质之间力能的总称,包括高于大气压的压力计和低于大气压的真空计。随着微电子技术的发展,利用半导体材料的压力阻力效应(即一方向施加压力)和良好的弹性,开发了体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器,广泛应用于压力传感器、加速度等物理力学测量。 沧正压力传感器 二、光传感器 光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。 光敏电阻器 光敏电阻器由透光半导体光电晶体组成。由于半导体光电晶体成分不同,分为可见光光敏电阻(硫化镉晶体)、红外光敏电阻(砷化镓晶体)和紫外光敏电阻(硫化锌晶体)。当光半导体光电晶体表面的敏感波长时,晶体内的载流子增加,导电性增加(即电阻降低)。 三、气敏传感器 由于气体与人类日常生活密切相关,气体检测是保护和改善生态生活环境不可缺少的手段,气敏传感器起着极其重要的作用。例如,生活环境中的一氧化碳浓度为0.8~1.15 ml/L呼吸急促、脉搏加快,甚至晕厥,达到1.84ml/L有几分钟内死亡的危险,所以一氧化碳检测必须快速准确。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料通过颗粒超细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒,并以此为基体掺杂一定催化剂,经适当烧结工艺进行表面修饰,制成旁热式烧结型CO敏感元件可以探测0.005%~0.5%范围的CO气体。还有许多传感器可以探测到易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可涂上铂、钯等稀有金属催化层),铂丝通过电流保持 300℃~400℃在高温下,如果与可燃气体接触,可燃气体会在稀有金属催化层上燃烧,因此铂丝的温度会升高,铂丝的电阻值也会升高;通过测量铂丝的电阻值变化,我们可以知道可燃性 气体浓度。电化学气敏传感器一般采用液体(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或恢复产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电势。目前国内有两种气敏元件。一种是直属氧化物半导体管芯中的直热加热丝和测量电极;旁热气敏元件以陶瓷管为基础,管内穿加热丝,管外有两个测量极,测量极为金属氧化气敏材料,高温烧结。 四、磁敏传感器 目前,磁敏元件包括霍尔器件(基于霍尔效应)、磁阻元件(基于磁阻效应:加上磁场,随着磁场的增加,半导体的电阻增加)、磁敏二极管和三极管。基于磁敏元件的磁敏传感器广泛应用于一些电、磁学量和机械测量。 在某种意义上,传感器与人的感官相对应,其感知能力远远超过人的感官。比如红外成像系统(夜像仪)利用目标本身的红外辐射观察,可以在夜间1000米找到人,2000米找到车辆;热像仪的核心部件是红外传感器。1991年海湾战争期间,伊拉克坦克配备的夜视探测器距离仅800米,不到美英联军的一半。在黑暗中被打败是不可避免的。目前,世界各国都将传感器技术列为高科技发展的重点。为了大大提高传感器的性能,新结构、新材料、新工艺将不断向小型化、集成化、智能化方向发展。 五、温度传感器 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件种类繁多,包括双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热偶和半导体热敏电阻。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛,因为半导体热敏电阻具有体积小、灵敏度高、精度高、制造工艺简单、价格低等特点。