半导体敏感元件(热敏元件与温度传感器) (2)

传感器与自动检测技术一、填空题（每题3分)1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、产生可用信号输出的转换元件、以及相应的信号调节转换电路组成。

2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后,其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应.4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形,从而导致材料的电阻发生变化.5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主,而机械形变为辅。

6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。

7、固体受到作用力后电阻率要发生变化,这种现象称压阻效应.8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。

10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器,传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。

11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化.12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变,电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化.13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化.14、要把微小应变引起的微小电阻变化精确地测量出来，需采用特别设计的测量电路，通常采用电桥电路.15、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容的变化来实现对物理量的测量。

热敏电阻及其原理应用热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。

热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。

正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

1简介热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。

温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。

但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。

制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。

热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。

但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。

[1] 利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理.热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻，以及临界温度热敏电阻(CTR)。

2特点①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化;②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃)，低温器件适用于-273℃～55℃;③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产;⑥稳定性好、过载能力强。

3工作原理热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能动作也可能不动作。

实验二（2）温度传感器实验实验时间 实验编号 无 同组同学 邓奡一、实验目的1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理；2、掌握热电偶的冷端补偿原理；3、掌握热电偶的标定过程；4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。

二、实验原理1、热电偶测温原理由两根不同质的导体熔接而成的，其形成的闭合回路叫做热电回路，当两端处于不同温度时回路产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。

试验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K 分度）、镍铬—铜镍（E 分度）。

图所示为热电偶的工作原理，图中：T 为热端，0T 为冷端，热电势为)()(0T E T E E AB AB t -=。

热电偶冷端温度不为0℃时（下式中的1T ），需对所测热电势进行修正，修正公式为：),(),(),(0110T T E T T E T T E +=,即：实际电动势+测量所得电动势+温度修正电势对热电偶进行标定时，以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热电偶。

2、铂热电阻铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在C 650T C 0︒≤≤︒时，)1(20BT AT R R T ++=,式中：T R ——铂热电阻在T ℃时的电阻值0R ——铂热电阻在0℃时的电阻值 A ——系数（=C ︒⨯/103.96847-31） B ——系数（=C ︒⨯/105.847--71）3、PN 结温敏二极管半导体PN 结具有良好的温度线性，PN 结特性表达公式为：γln be ekTU =∆， 式中，γ为与PN 结结构相关的常数；k 为波尔兹曼常数，K J /1038.1k 23-⨯=； e 为电子电荷量，C 1910602.1e -⨯=； T 为被测物体的热力学温度（K ）。

当一个PN 结制成后，当其正向电流保持不变时，PN 结正向压降随温度的变化近似于线性，大约以2mV/℃的斜率随温度下降，利用PN 结的这一特性可以进行温度的测量。

《传感器原理与应用》综合练习一、填空题1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。

2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。

3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。

4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。

5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。

6．压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。

7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。

电畴具有自己极化方向。

经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。

8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。

但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。

9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。

特别不能测量静态量。

10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。

11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。

一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。

12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。

（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。

13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。

14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。

15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。

当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。

16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。

17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。

实验二（2）温度传感器实验实验时间 2017.01.12 实验编号 无 同组同学 邓奡一、实验目的1、了解各种温度传感器（热电偶、铂热电阻、PN 结温敏二极管、半导体热敏电阻、集成温度传感器）的测温原理；2、掌握热电偶的冷端补偿原理；3、掌握热电偶的标定过程；4、了解各种温度传感器的性能特点并比较上述几种传感器的性能。

二、实验原理1、热电偶测温原理由两根不同质的导体熔接而成的，其形成的闭合回路叫做热电回路，当两端处于不同温度时回路产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。

试验中使用两种热电偶：镍铬—镍硅（K 分度）、镍铬—铜镍（E 分度）。

图2.3.5所示为热电偶的工作原理，图中：T 为热端，0T 为冷端，热电势为)()(0T E T E E AB AB t -=。

热电偶冷端温度不为0℃时（下式中的1T ），需对所测热电势进行修正，修正公式为：),(),(),(0110T T E T T E T T E +=,即：实际电动势+测量所得电动势+温度修正电势对热电偶进行标定时，以K 分度热电偶作为标准热电偶来校准E 分度热电偶。

2、铂热电阻铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在C 650T C 0︒≤≤︒时，)1(20BT AT R R T ++=,式中：T R ——铂热电阻在T ℃时的电阻值0R ——铂热电阻在0℃时的电阻值A ——系数（=C ︒⨯/103.96847-31） B ——系数（=C ︒⨯/105.847--71）3、PN 结温敏二极管半导体PN 结具有良好的温度线性，PN 结特性表达公式为：γln be ekTU =∆， 式中，γ为与PN 结结构相关的常数；k 为波尔兹曼常数，K J /1038.1k 23-⨯=； e 为电子电荷量，C 1910602.1e -⨯=；T 为被测物体的热力学温度（K ）。

当一个PN 结制成后，当其正向电流保持不变时，PN 结正向压降随温度的变化近似于线性，大约以2mV/℃的斜率随温度下降，利用PN 结的这一特性可以进行温度的测量。

四、简答题（4题，共18分）301、试述传感器的定义、共性及组成。

答：①传感器的定义：能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置；②传感器的共性：利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非电量(如位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电压、电流、电容、电阻等)；③传感器的组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。

302、什么是传感器动态特性和静态特性?简述在什么条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要。

答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励(输入)的响应(输出)特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的静态特性是指它在稳态(静态或准静态)信号作用下的输入－输出关系。

静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。

当输入量为常量或变化极慢时只研究静态特性就能够满足通常的需要。

304、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。

答：材料的电阻变化是由尺寸变化引起的，称为应变效应。

应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生形变，变换成相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成电量输出。

输出的电量大小反映了被测物理量的大小。

306、在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善?答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。

半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。

311、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型?每种类型各有什么特点?各适用于什么场合?答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。

变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。

NTC热敏电阻原理及应用详解NTC（Negative Temperature Coefficient）热敏电阻是一种温度敏感电阻，其阻值与温度呈负相关关系。

随着温度的升高，NTC热敏电阻的阻值会下降，反之，温度降低时，阻值会上升。

NTC热敏电阻的原理基于半导体材料的温度特性。

在NTC热敏电阻中，半导体材料的电阻取决于载流子的浓度。

当温度升高时，半导体材料内的原子和分子的热运动加剧，导致载流子的浓度增加，从而使电阻减小。

因此，NTC热敏电阻的阻值与温度呈负相关关系。

1.温度补偿：由于NTC热敏电阻的阻值与温度呈负相关关系，可以被用于温度补偿电路。

例如，电子设备中的温度传感器常常使用NTC热敏电阻来测量环境温度，并实现自动温度补偿。

2.温度控制：NTC热敏电阻可以用作温度控制器的元件。

在一些家电中，例如热水器、电熨斗等，NTC热敏电阻被用于控制加热元件的温度，从而实现温度的稳定控制。

3.温度保护：NTC热敏电阻可以用于电路中的过温保护。

当电路中的温度超过设定值时，NTC热敏电阻的阻值会发生剧烈变化，可以触发保护装置，切断电路以防止过热损坏。

4.温度补偿电源：在一些精密仪器和仪表中，NTC热敏电阻可以用于温度对电源电压的补偿。

通过调节NTC热敏电阻的阻值，可以实现对电源电压的自动补偿，确保电源稳定输出。

5.温度计：NTC热敏电阻可以作为测量温度的元件，通过构建电阻-温度性能曲线，可以将NTC热敏电阻应用于温度计。

在汽车、家电、医疗器械等领域中，NTC热敏电阻广泛用于测量温度并提供相应的反馈信号。

总之，NTC热敏电阻以其温度敏感的特性在多个领域得到了应用。

通过利用NTC热敏电阻的阻值与温度呈负相关关系，可以实现温度补偿、温度控制、温度保护等功能，有助于提高设备的性能和稳定性。

随着技术的不断进步，NTC热敏电阻在各种应用场景中的作用也会越来越重要。

1传感器2温度传感器和光传感器[学习目标] 1.知道什么是传感器，知道其将非电信息转换成电信息的意义.2.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理．1．传感器(1)定义：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置．(2)组成：一般由敏感元件和处理电路组成．①敏感元件：将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量，形成电信号．②处理电路：将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量．(3)敏感元件的原理①物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应；②化学类：基于化学反应的原理；③生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能．2．温度传感器(1)分类①热双金属片温度传感器．②热电阻传感器．③热敏电阻传感器：a．NTC型：电阻值随温度升高而减小．b．PTC型：电阻值随温度升高而增大．(2)作用将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量．3．光传感器(1)原理：某些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化．(2)作用：感知光线的变化或场景变换，使机器作出反应．(1)传感器可以把非电学量转化为电学量．(√)(2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大．(×)(3)干簧管可以感知磁场，接入电路，相当于开关的作用．(√)(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小．(√)一、传感器当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？答案人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门．1．传感器的原理：非电学量→传感器(敏感元件、处理电路)→电学量2．在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的．例1关于传感器，下列说法正确的是()A．所有传感器都是由半导体材料制成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．水银温度计是一种传感器答案 B解析传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以A错误；金属材料也可以制成传感器，所以B正确；传感器是通过将非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误．例2如图1所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时()图1A．电路中的电流减小，油箱内油面降低B．电路中的电流减小，油箱内油面升高C．电路中的电流增大，油箱内油面降低D．电路中的电流增大，油箱内油面升高答案 D解析油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．二、温度传感器如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在R T 上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图2答案由于酒精挥发，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T温度升高，电阻值减小，表针将向右偏．1．温度传感器的作用：将温度的变化转换为电学量的变化．2．常见的温度传感器(1)热双金属片温度传感器①原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属片变形，可控制电路的通断．②应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等．(2)热电阻传感器①原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度t发生变化时，其电阻值按R＝R0(1＋θt)的规律变化(θ为温度系数，R0为t＝0 ℃时导体的电阻)．②应用：测温度、测流量等．(3)热敏电阻传感器①原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化．②应用：测温、温度控制或过热保护等．③分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而增大．负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而减小．例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时()图3A．电容器C的带电荷量增大B．电压表的读数增大C．电容器C两极板间的电场强度减小D．R1消耗的功率增大答案AB解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝ER总知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两极板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝U2d，Q＝CU2可知，Q、E′都增大，故A正确，C错误．三、光传感器如图4所示为光电式烟尘浓度计的原理图，请阅读教材，然后简述其工作原理．图4答案光源1发出的光线经半透半反镜3，分成两束强度相等的光线．一路光线直接到达光电转换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号．另一路光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上，其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路6的光就越弱．两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1＝U2，说明被测的光路上没有烟尘；相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度．光敏电阻是由半导体材料制成的．它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大．例4(多选)如图5所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图5A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.1．(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A．该传感器能够测量的物理量是位移和温度B．该传感器能够测量的物理量是位移和光强C．该传感器能够测量的物理量是光强和声音D．该传感器能够测量的物理量是压力和位移答案 C解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确．2．(对传感器的理解)关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是()A．非电信息→敏感元件→处理电路→电信息B．电信息→处理电路→敏感元件→非电信息C．非电信息→敏感元件→电信息→处理电路D．非电信息→处理电路→敏感元件→电信息答案 A3．(光敏电阻的特性)如图6所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势．当用光照射电阻R3时，则(电源内阻不计)()图6A．a点电势高于b点电势B．a点电势低于b点电势C．a点电势等于b点电势D．a点电势和b点电势的大小无法比较答案 A解析当用光照射电阻R3时，R3电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确．4．(热敏电阻的特性)某温控电路的原理如图7所示，R M是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15 ℃～27 ℃的环境中工作．当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备．下列说法中正确的是()图7A．环境温度降低，R M的阻值减小B．环境温度升高，U ab变大C．滑片P向下移动时，U ab变大D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度答案 D解析环境温度降低时，R M的阻值变大，A错误；环境温度升高，R M的阻值减小，U ab变小，B错误；滑片向下移动，回路电流减小，U ab变小，C错误；调节滑片位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度，D正确．考点一传感器及工作原理1．(多选)下列说法正确的是()A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具答案ABD解析传感器的任务就是采集信息，选项A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确；电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误；由传感器的定义知，选项D正确．2．(多选)关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置有磁场时，两个簧片被磁化而接通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开，故C、D正确，A、B错误．3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()图1A．距离变化B．正对面积变化C．电介质变化D．电压变化答案 A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．4．街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的()A．光敏性B．压敏性C．热敏性D．三个特性同时应用答案 A解析要求灯夜晚亮，白天熄，可知光的强弱导致电路电流变化，所以电路中利用光传感器使电阻变化，实现自动控制，即是应用半导体的光敏性，A正确，B、C、D错误．5．(多选)电容式传感器是将非电信号转变为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图2A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC考点二光敏电阻、热敏电阻的认识及应用6．如图3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏转角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏转角为θ′，则可判断()图3A．θ′＝θB．θ′＜θC．θ′＞θD．不能确定答案 B7.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图4所示装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()图4A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡答案 D解析多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确．8．如图5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是()图5A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变答案 A解析滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大．同理，当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率减小．9．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如图6所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图6A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AD解析当有光照射R1时，R1的电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次．10.如图7所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，电源内阻不计，当温度降低时()图7A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱答案 C解析R2与灯泡L并联后与R1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的电阻值增大，外电路总电阻增大，则总电流减小，即电流表的示数减小，R1两端的电压减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，A、B、D错误．11．如图8所示为某传感装置内部部分电路图，R T为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表．若发现电压表示数增大，可能的原因是()图8①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A．①③B．①④C．②③D．②④答案 A解析热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确．同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误．光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，故③正确．光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，故④错误．故A选项正确．12．(多选)如图9所示，理想变压器的原线圈与定值电阻r串联，副线圈接热敏电阻R T(温度升高，阻值减小)，在正弦交流电源的电压U0不变的情况下，下列说法正确的是()图9A．当R T的温度升高时，原线圈两端的电压一定减小B．当R T的温度升高时，原线圈中的电流一定减小C．当R T的温度降低时，r消耗的功率一定减小D ．当R T 的温度降低时，r 消耗的功率一定增大答案 AC解析 设变压器原线圈的匝数为n 1，副线圈的匝数为n 2，当R T 的温度升高时，其阻值减小，副线圈的电流I 2增大，根据I 1I 2＝n 2n 1，可知原线圈的电流I 1增大，根据U 0＝I 1r ＋U 1，可知原线圈两端的电压U 1减小，故A 正确，B 错误；同理，当R T 的温度降低时，其阻值增大，副线圈的电流I 2减小，根据I 1I 2＝n 2n 1，可知原线圈的电流I 1减小，根据P ＝I 12r ，可知r 消耗的功率一定减小，故C 正确，D 错误．13. (多选)如图10所示，电源的电动势为E ，内阻为r ，R 1、R 2、R 3为定值电阻，R 4为光敏电阻(光敏电阻被光照射时阻值变小)，C 为电容器．闭合开关S ，电路稳定后，用光照射R 4，下列说法正确的是( )图10A ．电压表示数增大B ．电源的效率增大C ．电容器所带电荷量增加D ．R 2上消耗的功率增大答案 CD解析 因有光照射时，光敏电阻的阻值减小，故总电阻减小；由闭合电路的欧姆定律可知，干路电流增大，由U ＝E －Ir 可知路端电压减小，所以电压表示数减小，故A 错误；电源的效率η＝P 出P 总×100%＝EI －I 2r EI ×100%＝(1－Ir E )×100%，电流增大，则电源效率减小，故B 错误；电容器的电压与R 2两端的电压相等，因R 4电阻变小，总电阻变小，总电流增大，路端电压变小，通过R 1的电流减小，则通过R 2的电流增大，所以电容器的电压增大，根据Q ＝CU 可知，电容器所带电荷量一定增加，故C 正确；通过R 2的电流增大，根据P ＝I 2R 可知，R 2上消耗的功率增大，故D 正确．。

第二章热电阻传感器热电阻传感器主要用于测量温度及与温度有关的参量。

在工业上，它被广泛用来测量0200~960C -范围内的温度。

热电阻按性质不同，可分为金属热电阻和半导体热电阻两类。

前者仍称为热电阻，而后者的灵敏度比前者高十几倍以上，又称为热敏电阻。

第一节 热电阻一、常用热电阻在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。

热电阻就要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。

目前较为广泛应用的热电阻材料是铂、铜、镍、铁和铑铁合金等，而常用的是铂、铜，他们的电阻温度系数在33~610/C -︒⨯范围内。

作为测温用的热电阻材料，希望具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。

在铂、铜中，铂的性能最好，采用特殊的0200~960C -；铜电阻价廉并且线性较好，但温度高易氧化，故只适用于温度较低050~150C -+的环境中，目前已逐渐被铂电阻所取代。

（一）、铂热电阻铂材料的优点为：物理、化学性能极为稳定尤其是耐氧化能力很强，并且在很宽的温度范围内（1200℃以下）均可保持上述特性；易于提纯，复制性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔；电阻率较高。

缺点是：电阻温度系数较小；在还原介质中工作时易被沾污变脆；价格较高。

铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，其特性方程为当-200℃≤t ≤0℃时： 230R 1(100)t R At Bt C t t ⎡⎤=+++-⎣⎦（2–1） 当0℃≤t ≤960℃时： 20R (1)t R At Bt =++ （2–2）式中R t ——温度为t ℃时铂热电阻的阻值，单位为Ω；0R ——温度为0℃时铂热电阻的阻值，单位为Ω；A 、B 、C ——温度系数，它们的数值分别为3023.9080210(1/)A C -=⨯，705.80210(1/)B C -=-⨯，12044.2735010(1/)C C -=-⨯。

敏感元器件及传感器专用材料研发制造方案一、实施背景随着物联网、人工智能、大数据等技术的快速发展，传感器作为实现这些技术的重要元件，市场需求不断增长。

为满足市场需求，提高传感器性能，降低成本，敏感元器件及传感器专用材料的研发制造成为行业发展的关键。

本方案旨在从产业结构改革的角度，阐述敏感元器件及传感器专用材料的研发制造方案。

二、工作原理敏感元器件是指能感受并响应外部物理、化学或生物刺激的元件，如光敏、热敏、压力敏等。

传感器则是由敏感元器件组成的装置，用于转换物理、化学或生物量到电信号。

专用材料则是用于制造这些敏感元器件和传感器的特定材料。

工作原理主要是利用材料的特性，如压电效应、热电效应、光电效应等，将外部刺激转化为电信号。

例如，压电材料在受到压力时会产生电信号，热电材料则在温度差异下产生电流。

三、实施计划步骤1.市场调研与需求分析：了解当前市场需求，分析潜在市场机会，明确产品定位和目标客户。

2.技术研究与开发：开展新材料研究，开发新的制造工艺，提高敏感元器件和传感器的性能和降低成本。

3.专用材料选型与优化：基于实验结果，选择合适的材料并进行优化，确保其性能和成本符合市场需求。

4.中试生产：在实验室成功后，进行小规模的生产试验，验证生产流程和产品质量。

5.产业化推广：根据中试结果，优化生产流程，进行大规模生产，并开展市场推广。

四、适用范围本方案适用于传感器、电子元器件制造、半导体等领域。

具体应用包括但不限于医疗设备、汽车电子、环境监测、物联网等领域。

五、创新要点1.新材料应用：引入新型材料，如纳米材料、生物相容材料等，提高传感器性能或开辟新的应用领域。

2.智能化制造：利用先进的自动化设备和智能化技术，提高生产效率，降低成本，并确保产品质量。

3.定制化设计：根据客户需求，提供定制化的敏感元器件和传感器设计服务，满足客户的特定需求。

4.产业链协同：与上下游企业紧密合作，共同开发新产品，优化产业链结构，提高整体竞争力。

半导体温度传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB766587对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”o传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。

半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。

半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。

传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。

在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。

传感器实验报告--半导体温度传感器设计摘要：本实验旨在设计并测试一种基于半导体材料的温度传感器。

在实验中，我们制作了一个基于硅片的氧化物热敏电阻（RTD），并对其进行了测试。

实验结果表明，在20℃至100℃范围内，该传感器的响应稳定可靠，测量精度较高。

关键词：半导体、温度传感器、热敏电阻、硅片、测量精度。

1. 实验目的本实验的目的是设计并测试一种基于半导体材料的温度传感器，掌握温度传感器的基本工作原理和性能指标，以及热敏电阻和半导体材料的特性。

2. 实验原理温度传感器是将温度信号转换成一种电信号的装置。

传感器的主要部分是敏感元件，其工作原理多种多样。

半导体温度传感器是通过测量半导体材料电阻随温度变化而变化来实现的。

由于半导体材料的特性，其电阻与温度呈正比变化。

因此，半导体温度传感器常常采用热敏电阻作为敏感元件，即所谓的热敏电阻温度传感器（RTD）。

热敏电阻是一种电阻随温度变化的电阻器，其特性为随着温度的上升或下降，电阻值增大或减小。

这种特性使得热敏电阻器成为测量高温或低温物体温度的一种有效方法。

热敏电阻材料主要有铂、镍、铁、铜、铬等，其中最常用的是铂材料。

半导体材料的电阻值也会随着温度的变化而变化，但其变化特性与热敏电阻不同。

半导体热敏电阻材料的电阻随温度的上升呈指数增长，一般采用硅片做为基材。

原因是硅片的温度系数与热敏电阻的温度系数十分接近，而硅片具有良好的稳定性和可制造性。

3. 实验内容硅片、氧化物、导线、万用表等。

（1）准备材料：取一块硅片，尺寸约为10mm×10mm×0.2mm；并将其用氧化物处理。

（2）加工硅片：在硅片上刻上接触电极和导线，制成热敏电阻。

（3）测试热敏电阻：连接热敏电阻与仪器，进行温度切换测试，记录数据。

4. 实验结果根据实验数据，得到如下的温度电阻特性曲线：图1：温度电阻特性曲线可以看出，在20℃至100℃范围内，热敏电阻的响应稳定可靠，测量精度较高。