敏感元件分類(lèi)

熱敏電阻器是敏感元件的一類(lèi)，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

壓敏電阻器是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線(xiàn)性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。壓敏電阻的主要參數(shù)有:壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

電阻值隨入射光(一般指可見(jiàn)光)強(qiáng)弱而變化的敏感元件。通常入射光增強(qiáng)時(shí)，電阻值下降。光敏電阻器對(duì)入射光的響應(yīng)與光的波長(zhǎng)和所用材料有關(guān)。制造光敏電阻器的材料主要是鎘的化合物，如硫化鎘、硒化鎘和兩者的共晶體──硫硒化鎘。其次還有鍺、硅、硫化鋅等。光敏電阻器用于光強(qiáng)控制、光-電自動(dòng)控制、光-電開(kāi)關(guān)、光-電計(jì)數(shù)、光-電安全保護(hù)和煙霧報(bào)警器等方面。

電參數(shù)隨外界壓力改變而變化的敏感元件。力敏元件種類(lèi)繁多，如電阻式、電容式、壓電式等。最常見(jiàn)的是金屬應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。金屬應(yīng)變計(jì)是受外力的作用使金屬箔和金屬絲伸長(zhǎng)或縮短，使電阻值發(fā)生變化來(lái)完成信息轉(zhuǎn)換功能的。應(yīng)變材料多采用銅、鎳等金屬和合金。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制成的。圖2表示N型硅的電阻值隨壓強(qiáng)的變化。由圖2可見(jiàn)，在壓強(qiáng)約為20吉帕以下時(shí),N型硅的電阻值隨壓強(qiáng)的變化呈線(xiàn)性。利用這一線(xiàn)性段可制成半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)又可分為體型和擴(kuò)散型兩種。擴(kuò)散型半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)利用半導(dǎo)體平面工藝制成，性能優(yōu)良，具有很大的發(fā)展前途。

力敏元件的基本參數(shù)為靈敏度，即電阻值的相對(duì)變化量與應(yīng)變量的比值。金屬應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)為2~3，而半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)為 20~200。力敏元件可用來(lái)測(cè)量壓力、位移、扭矩、加速度、氣壓、氣體流量等力學(xué)量。

一種磁電轉(zhuǎn)換元件，包括霍爾元件、磁阻元件、磁敏二極管、磁敏晶體管等?；魻栐卜Q(chēng)為霍爾發(fā)生器，是利用霍爾效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件?；魻栐拇澎`敏度用某一給定控制電流條件下的霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值為單位。磁阻元件是利用半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)工作的。它的磁靈敏度稱(chēng)為磁阻系數(shù)，即磁阻元件在某一磁場(chǎng)強(qiáng)度下的電阻值與零磁場(chǎng)時(shí)電阻值之比。利用磁場(chǎng)為媒介,磁敏元件可用于測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、角度、轉(zhuǎn)數(shù)、速度、加速度、流量、電流、電功率等物理量。

電參數(shù)隨外界氣體種類(lèi)和濃度變化而變化的敏感元件。氣敏元件的氣敏效應(yīng)機(jī)理尚處于探索階段。一般認(rèn)為，氣體的吸附和解吸會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體表面能帶結(jié)構(gòu)的畸變,使宏觀電阻值發(fā)生變化。半導(dǎo)體氣敏元件靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，自60年代問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅速。許多氧化物材料如ZnO、SnO2、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO等都有氣敏效應(yīng)。一般最常用的氣敏材料有SnO2和ZnO,它們的檢測(cè)靈敏度和溫度有關(guān)。氣敏元件的主要應(yīng)用領(lǐng)域在防災(zāi)報(bào)警、防止公害、檢測(cè)計(jì)量等方面。

電參數(shù)隨環(huán)境濕度變化而變化的敏感元件。濕敏元件包括電解質(zhì)濕敏元件、有機(jī)高分子膜濕敏元件、金屬氧化物濕敏元件和陶瓷濕敏元件等。濕敏電阻器的靈敏度以相對(duì)濕度變化 1%時(shí)的電阻值變化率來(lái)表示。多數(shù)濕敏電阻器的電阻值隨濕度增加而減小，這類(lèi)濕敏電阻器稱(chēng)為負(fù)特性濕敏電阻器。也有少數(shù)濕敏電阻器的電阻值隨濕度增加而增加。濕敏元件主要用于濕度測(cè)量和控制，按測(cè)濕范圍可分為高濕型、低濕型、全濕型三類(lèi)。它在氣象、食品、紡織、輕工部門(mén)和環(huán)境空調(diào)、倉(cāng)庫(kù)設(shè)施中獲得廣泛的應(yīng)用。

敏感元件按輸入與輸出關(guān)系可歸納為兩類(lèi):一類(lèi)是緩變型，另一類(lèi)是突變型。前者的輸出信號(hào)在一較寬的范圍內(nèi)隨輸入信號(hào)的增大而逐漸增加或減小,后者在輸入信號(hào)的某個(gè)很窄的范圍內(nèi)有突變反應(yīng), 在此范圍外變化較小。對(duì)敏感元件的基本要求是:靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性高，互換性和生產(chǎn)重復(fù)性好，在某些情況下還要求有高的響應(yīng)速率。

能敏銳地感受某種物理、化學(xué)、生物的信息并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔⒌奶胤N電子元件。這種元件通常是利用材料的某種敏感效應(yīng)制成的。敏感元件可以按輸入的物理量來(lái)命名，如熱敏(見(jiàn)熱敏電阻器)、光敏、(電)壓敏、(壓)力敏、磁敏、氣敏、濕敏元件。在電子設(shè)備中采用敏感元件來(lái)感知外界的信息，可以達(dá)到或超過(guò)人類(lèi)感覺(jué)器官的功能。敏感元件是傳感器的核心元件。隨著電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，敏感元件的重要性日益增大。

它是傳感器的重要組成部分，下一環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)化元件。

能敏銳地感受某種物理、化學(xué)、生物的信息并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦畔⒌奶胤N電子元件。

有些傳感器，它的敏感元件與轉(zhuǎn)化元件合并在一起。例如半導(dǎo)體氣體、濕度、溫度和壓力傳感器等。

不同的傳感器，它的敏感元件是不同的。例如應(yīng)變式壓力傳感器，它的敏感元件是一個(gè)彈性膜片。