敏感元件

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。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命名，如熱敏(見熱敏電阻器)、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感知外界的信息，可以達到或超過人類感覺器官的功能。敏感元件是傳感器的核心元件。隨著電子計算機和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，敏感元件的重要性日益增大。

熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，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)在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。

壓敏電阻器是一種限壓型保護器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。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)時間等。

電阻值隨入射光(一般指可見光)強弱而變化的敏感元件。通常入射光增強時，電阻值下降。光敏電阻器對入射光的響應(yīng)與光的波長和所用材料有關(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控制、光-電自動控制、光-電開關(guān)、光-電計數(shù)、光-電安全保護和煙霧報警器等方面。

電參數(shù)隨外界壓力改變而變化的敏感元件。力敏元件種類繁多，如電阻式、電容式、壓電式等。最常見的是金屬應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計。金屬應(yīng)變計是受外力的作用使金屬箔和金屬絲伸長或縮短，使電阻值發(fā)生變化來完成信息轉(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的變化。由圖2可見，在壓強約為20吉帕以下時,N型硅的電阻值隨壓強的變化呈線性。利用這一線性段可制成半導(dǎo)體應(yīng)變計。半導(dǎo)體應(yīng)變計又可分為體型和擴散型兩種。擴散型半導(dǎo)體應(yīng)變計利用半導(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，即電阻值的相對變化量與應(yīng)變量的比值。金屬應(yīng)變計的靈敏系數(shù)為2~3，而半導(dǎo)體應(yīng)變計的靈敏系數(shù)為 20~200。力敏元件可用來測量壓力、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為霍爾發(fā)生器，是利用霍爾效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件。霍爾元件的磁靈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。它的磁靈敏度稱為磁阻系數(shù)，即磁阻元件在某一磁場強度下的電阻值與零磁場時電阻值之比。利用磁場為媒介,磁敏元件可用于測量位移、振動、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)隨外界氣體種類和濃度變化而變化的敏感元件。氣敏元件的氣敏效應(yīng)機理尚處于探索階段。一般認為，氣體的吸附和解吸會導(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)簡單、使用方便、價格低廉，自60年代問世以來發(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)報警、防止公害、檢測計量等方面。

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濕度變化 1%時的電阻值變化率來表示。多數(shù)濕敏電阻器的電阻值隨濕度增加而減小，這類濕敏電阻器稱為負特性濕敏電阻器。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量和控制，按測濕范圍可分為高濕型、低濕型、全濕型三類。它在氣象、食品、紡織、輕工部門和環(huán)境空調(diào)、倉庫設(shè)施中獲得廣泛的應(yīng)用。

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彈性膜片。

敏感元件按輸入與輸出關(guān)系可歸納為兩類:一類是緩變型，另一類是突變型。前者的輸出信號在一較寬的范圍內(nèi)隨輸入信號的增大而逐漸增加或減小,后者在輸入信號的某個很窄的范圍內(nèi)有突變反應(yīng), 在此范圍外變化較小。對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。