第六章 传感器与敏感材料
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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。