第六章 传感器与敏感材料

温度传感器敏感材料温度是国际单位七个基本物理量之一。

温度测量在物理学中占有重要地位，在国民经济、国防建设和科学研究以至人们生活中也十分重要.因而得到广泛应用。

贵金属，特别是铂及其合金具有优良的抗氧化性能。

热电势高且与温度的单值函数关系好，热电特性稳定，具有大的电阻温度系数，电阻与温度的关系接近线性，是特别重要的温度测量材料和温度敏感材料，已广泛用于对温度的精确测量并用作沮度基准和高温定点。

贵金属测温材料主要有两大类:热电偶材料和铂电阻温度计材料。

①贵金属热电偶材料1821年Z'. J. Seeback发现热电效应，即将A和B两种不同的金属线连成回路，其两端温度保持不同，则电路中产生电流，存在由温差引起电动势的现象。

这一效应被称为Seeback效应或Seeback温差效应.是热电偶测温的基本原理.闭合电路中存在热电动势VAB = W.AR〃OT，式中.OT为沮差;W"a=(WA--W,)为Seeback系数(W‘和W。

为金属A和B的绝对热电动势率》。

W。

决定了热电偶侧沮材料的基本性能.作为热电偶测温材料，要求有尽可能大的WM,即选用W‘和W。

相差较大的材料作两极，并要求w胡和温度丁的关系尽可能呈线性。

且保持稳定.贵金属铂的绝对热电势率为负值，与温度呈线性关系。

Pt-Rh合金具有高而稳定的热电势.且热电势与沮度呈线性关系，因此，纯铂与Pt-Rh合金可配对制作热电偶，且对铂热电势随佬含量增加而增加。

继1885年第一支Pt-lORh/Pt 热电偶制作成功后，对贵金属热电偶材料的研究发展很快，贵金属成为重要的高温热电偶测沮材料.常用的铂基合金热电偶材料及性能如表 6.5所列.贵金属高沮热电偶广泛用于炼钢工业、玻璃工业、化学工业以及金属材料和非金属材料加工等过程温度测量。

对炼钢工业来说，Pt-PtRh热电偶不仅用于测量钢液温度，而且根据钢液温度与碳含量的关系可测定钢液含碳量，其作用十分重要.Pt-PtlORh热电偶还用作温度基准。

传感器的敏感材料与敏感元件概述传感器是计量和控制系统中的重要组成部分。

它通过感知物理或化学量的变化并将其转化为电信号，从而实现对环境、材料或物体的检测和测量。

在传感器中，敏感材料和敏感元件起着关键作用。

敏感材料是指能够对外界环境变化产生敏感响应的材料，而敏感元件则是将敏感材料的响应转化为电信号的组件。

传感器常用的敏感材料1. 氧化物敏感材料氧化物敏感材料是传感器中常用的一类材料。

它们具有很高的化学稳定性和电学性能，并且对特定气体有很高的敏感性。

例如，二氧化锡（SnO2）被广泛应用于气体传感器中，可以检测到一氧化碳、二氧化硫等有害气体。

此外，氧化锌（ZnO）也常用于氨气传感器的制备。

2. 金属敏感材料金属敏感材料主要通过其电导率的变化来实现对环境参数的敏感检测。

常用的金属敏感材料包括铂、钼等。

例如，铂电阻温度传感器可以精确测量温度，广泛应用于温度控制系统中。

3. 半导体敏感材料半导体敏感材料是传感器中最常用的一类材料。

它们的电学特性可以被外界环境的变化所改变，从而实现对物理量或化学量的检测。

例如，硅、锗等材料常用于温度传感器的制备，而氮化镓（GaN）材料则用于制备氮化物传感器，可以检测温度、压力、光强等参数。

传感器常用的敏感元件1. 电容式敏感元件电容式敏感元件是一种常见的传感器元件。

它由一个固定电容和一个可变电容组成，通过测量电容的变化来检测物理量的变化。

例如，电容式湿度传感器通过测量湿度对电容的影响来判断环境中的湿度水平。

2. 电阻式敏感元件电阻式敏感元件主要是通过测量电阻值的变化来检测物理量的变化。

例如，热敏电阻温度传感器通过测量电阻值随温度的变化来实现温度的测量。

3. 压阻式敏感元件压阻式敏感元件是一种可以通过物体的压力或力的变化来改变电阻值的元件。

例如，应变片传感器通过测量应变片电阻值的变化来检测物体的应力或压力。

4. 光敏敏感元件光敏敏感元件是一种能够对光强变化产生敏感响应的元件。

例如，光敏电阻通过光照强度对电阻值的影响来测量光照强度。

《敏感材料与传感器》作业（1、2次合并）1.解释：传感器、传感器技术、敏感材料、磁阻效应、双金属敏感元件、LB膜、SA膜、形变规、约瑟夫逊(Josephson)效应、色谱法、形状记忆现象、陶瓷材料、压电效应、热释电效应、空穴、有效质量、压阻效应（1）传感器：传感器是能够感受被测量并按照一定的规律将其转换成为可用信号（如电信号、光信号）的器件或装置，它通常有敏感元件、转换元件及相应的机械结构和电子线路所构成。

（2）传感器技术：传感器技术是一个汇聚物理、化学、材料、器件、机械、电子、生物工程等多类型的交叉学科，涉及传感检测原理、传感器件设计、传感器开发和应用的综合技术。

（3）敏感材料：敏感材料是指对电、光、声、力、热、磁、气体分布等测量的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。

（4）磁阻效应：物质在磁场中电阻发生变化的现效应象。

（5）双金属敏感元件：是将热膨胀系数不同的两种金属片贴合而成的敏感元件。

（6）LB膜：将含有亲水基和疏水基的两性分子正在水面上形成的一个分子层厚度的膜（即单分子膜），以一定的方式累计到基板上的技术。

（7）SA膜：分子自组装膜是分子通过化学键相互作用自发吸附在固/液或气/固界面而形成的热力学稳定和能量最低的有序膜。

（8）形变规：形变规是利用物质因受力而使其电阻发生变化的敏感元件。

（9）约瑟夫逊效应：在两个导体间插入纳米量级的绝缘体，超导电流会从一块超导体无阻通过绝缘体到另外一块超导体。

此超导体/绝缘体/超导体结被称为约瑟夫逊结。

（10）色谱法：使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出,又称色层法,层析法。

（11）形状记忆现象：具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始的形状。

第1节传感器及其工作原理1．传感器按照一定的规律把非电学量转化为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。

2．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

3．热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

4．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。

5．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

一、传感器1．传感器的定义能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件。

2．非电学量转换为电学量的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。

二、光敏电阻1．特点光照越强，电阻越小。

2．原因无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

3．作用把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。

2．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。

四、霍尔元件1．霍尔元件如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，它就成为一个霍尔元件。

霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

2．霍尔电压U H ＝k IB d(1)其中d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。

(2)一个霍尔元件的厚度d 、霍尔系数k 为定值，再保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件。

1．自主思考——判一判(1)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。

(×)(2)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。

敏感材料所谓敏感材料，是指能将各种物理的或化学的非电参量转换成电参量的功能材料。

这类材料的共同特点是电阻率随温度、电压、湿度以及周围气体环境等的变化而变化。

用敏感材料制成的传感器具有信息感受、交换和传递的功能，可分别用于热敏、气敏、湿敏、压敏、声敏以及色敏等不同领域。

敏感材料是当前最活跃的无机功能材料，各种传感器的开发应用具有重要意义，对遥感技术、自动控制技术、化工检测、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活现代化等都有直接的关系。

热敏材料的分类与应用所谓热敏材料,是材料的某些性能岁温度的变化而变化的功能材料.目前可以分为两大类:热敏电阻材料和热释电材料.1.热敏电阻材料热敏电阻材料是指材料的电阻值随温度的变化而变化，又可分为三种情况：（1）材料所具有的电阻值随温度的上升而增大的特性*即具有正温度系数，称为PTC热敏电阻。

典型的PTC热敏甜料系列有BaTiO3、以BaTiO3为基的BaTiO3-SrTiO3-PbTiO3固溶体、以氧化钡和氧化溴为基的多元材料等。

其中以BaTiO3材料最具代表性，它是当前研究得最成熟，实用范围员广的PTC热敏材料。

PTC热敏材料的特殊性能在于通过组成变化，即借助能够改变居里温度的添加剂的多少，可使其居里温度大幅度移动，从而也就扩大了它的使用场合。

如纯BTiO3的常温电阻率为1012 Ω·cm，若在其中加入微量的稀土元素，其常温电阻率可下降到I0-2 一104 Ω·cm。

若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十度的温度范围内能增大3—10个数量级，即产生PTC效应。

PTC材料具有以下三种主要特性，利用其不同的持性可以有不同的用途。

①电阻-温度特性当温度达到举例温度T b时，材料电阻岁温度增加而急剧增加，见图6-1利用这一特性可进行温度控制，过热保护，温度传感，温度补偿和恒温检测以及做马达启动器及高温啊热体等②电流-时间特性指当PTC元件两端加上额定共走电压时，流过元件的电流I与时间t的关系。

敏感材料与传感器敏感材料与传感器在现代科技应用中扮演着至关重要的角色。

敏感材料是一类能够对外界环境变化做出灵敏反应的材料，而传感器则是一种能够将这些环境变化转化为可感知的信号输出的装置。

敏感材料与传感器的结合，不仅可以实现对各种物理量、化学量甚至生物量的测量，还可以应用于智能控制、环境监测、医疗诊断等领域。

本文将就敏感材料与传感器的相关知识进行探讨，以期对读者有所启发。

首先，敏感材料的种类繁多，包括了热敏材料、光敏材料、压敏材料、湿敏材料等。

这些材料都具有对外界环境变化敏感的特点，比如热敏材料对温度变化敏感，光敏材料对光照变化敏感，压敏材料对压力变化敏感，湿敏材料对湿度变化敏感。

这些敏感材料能够将外界的物理量、化学量或生物量转化为电信号或其他形式的信号输出，为传感器的工作提供了基础。

其次，传感器作为能够将环境变化转化为可感知信号输出的装置，其种类也非常丰富。

常见的传感器包括温度传感器、光敏传感器、压力传感器、湿度传感器等。

这些传感器能够将敏感材料感知到的环境变化转化为电信号、光信号或其他形式的信号输出，从而为人们提供了便利的环境监测、医疗诊断、工业控制等服务。

最后，敏感材料与传感器的结合应用非常广泛。

在工业领域，敏感材料与传感器常常被用于生产过程中的温度、压力、湿度等参数的监测与控制；在医疗领域，敏感材料与传感器可以用于医疗诊断、健康监测等方面；在环境监测领域，敏感材料与传感器可以用于大气污染监测、水质监测等。

可以说，敏感材料与传感器的结合已经深入到了人们的生活和工作中，为人们提供了便利和保障。

综上所述，敏感材料与传感器在现代科技应用中具有重要的地位，其种类繁多、应用广泛。

敏感材料能够对外界环境变化做出灵敏反应，而传感器能够将这些环境变化转化为可感知的信号输出。

敏感材料与传感器的结合已经深入到了人们的生活和工作中，为人们提供了便利和保障。

希望本文对读者有所启发，也希望敏感材料与传感器在未来能够有更广泛的应用。

敏感材料与传感器论文第一篇：敏感材料与传感器论文红外感应材料作者：adverlouis 红外线是一类电磁波的统称，广泛用于指代波长从1mm到770nm之间的电磁波。

在自然界中，任何物体都能够发射红外线，任何物体都会吸收红外线。

红外线在自然界中主要起传播能量的作用，其在物体上的效应主要是热效应。

良好的红外线发射物体同时也是良好的红外线吸收物体。

由于红外线在自然界中的广泛存在，决定了它在自然界和人类社会中的广泛应用。

而对红外线的任何利用离不开对红外线的检测，或者说感应。

在自然界中，很多动物都能够利用红外线来获取信息，正如人类利用可见光来接收信息一样。

蛇类利用舌头上的热感器官来捕捉红外线，蚊子利用头部的红外线感应器来确定猎物位置。

这些是自然界历经千百年变化而衍生出来的生物红外感应器，其精巧型是超出人类解析范围的。

而进入二十世纪以来，自红外线被发现以来，人类也在寻找各种技术来检测红外线，设计了多种多样的红外线传感器。

红外传感器的先进与否由制造传感器采用的红外感应材料决定。

历经接近两百年的发展，红外感应技术也发生了翻天覆地的变化。

最初的时候，人们曾利用红外线的热效来检测红外线，由于当没有半导体材料，人们只好采用热电偶来检测红外线，由于热电偶较低的灵敏性和红外线微弱的热效应，当时的检测效果可想而知。

也有人采用感光胶片来对红外线进行检测，但是红外线的波长较长，光子能量较低，胶片的感光效果并不理想。

直到半导体材料出现，红外检测技术才真正的开始发展起来。

从工作机理上来分，红外感应材料可分为热探测仪和光子型探测仪。

热探测仪利用了红外线的热效应，当红外线照射到热探测仪的敏感材料时，敏感材料的温度就会发生变化，而温度的变化可以转化成一定的电信号输出出来，从而实现了红外信号到电信号的转化。

因为是利用红外线的热效应，热探测的响应时间较长。

但是对波长的要求，即对单光子能量的要求较低，因此热探测的响应范围较广，对于波长超过200um的红外线，热探测仪是唯一的选择。

敏感材料与传感器敏感材料与传感器在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。

敏感材料是一种能够对外界环境变化做出敏感反应的材料，而传感器则是通过对敏感材料的利用，将外界的信息转换为可感知的电信号或其他形式的信号输出，从而实现对外界环境的监测和控制。

本文将探讨敏感材料与传感器在各个领域中的应用，以及它们的发展趋势。

首先，敏感材料与传感器在医疗领域中发挥着重要作用。

例如，生物传感器利用生物敏感材料对生物分子的特异性识别，可以实现对体内生理指标的实时监测，为医生提供了重要的诊断依据。

另外，医用敏感材料的应用也在医疗器械制造和药物传递系统中发挥着重要作用，如可溶性缓释材料和生物可降解材料等，为医疗器械的研发和生产提供了新的可能性。

其次，在环境监测领域，敏感材料与传感器也扮演着不可或缺的角色。

例如，针对大气污染物的监测，利用敏感材料和传感器可以实现对空气中有害气体浓度的实时监测，为环境保护部门提供了重要的数据支持。

此外，水质传感器也可以利用敏感材料对水中各种有害物质进行监测，为水质治理提供了技术支持。

在工业生产领域，敏感材料与传感器也发挥着不可替代的作用。

例如，在智能制造领域，利用敏感材料和传感器可以实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。

另外，在材料研发和测试领域，敏感材料和传感器也可以实现对材料性能的精确测试和数据采集，为新材料的研发提供了技术支持。

最后，敏感材料与传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面。

一是多功能化和智能化，即敏感材料和传感器不仅能够实现单一参数的监测，还可以实现多参数的综合监测，并且具有自适应和自修复的功能。

二是微型化和集成化，即敏感材料和传感器的体积和功耗将进一步减小，可以实现对微小环境的监测和控制。

三是网络化和互联化，即敏感材料和传感器可以实现远程监测和控制，为智能城市和智能制造提供技术支持。

综上所述，敏感材料与传感器在各个领域中发挥着重要作用，并且具有广阔的发展前景。