電阻應(yīng)變式傳感器
傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng),即在外力作用下產(chǎn)生機械形變,從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導體兩類,金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點。
壓阻式傳感器
壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應(yīng)在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件,擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時,各電阻值將發(fā)生變化,電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。
用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為硅片和鍺片,硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視,尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。
熱電阻傳感器
熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉑和銅,此外,現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等,它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃~+500℃范圍內(nèi)的溫度。
熱電阻傳感器分類:
1.NTC熱電阻傳感器:
該類傳感器為負溫度系數(shù)傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而減小;
2.PTC熱電阻傳感器:
該類傳感器為正溫度系數(shù)傳感器,即,傳感器阻值隨溫度的升高而增大。
1、室溫管溫傳感器:
室溫傳感器用于測量室內(nèi)和室外的環(huán)境溫度,管溫傳感器用于測量蒸發(fā)器和冷凝器的管壁溫度。室溫傳感器和管溫傳感器的形狀不同,但溫度特性基本一致。按溫度特性劃分,目前美的使用的室溫管溫傳感器有二種類型:1、常數(shù)B值為4100K±3%,基準電阻為25℃對應(yīng)電阻10KΩ±3%。溫度越高,阻值越?。粶囟仍降?,阻值越大。離25℃越遠,對應(yīng)電阻公差范圍越大;在0℃和55℃對應(yīng)電阻公差約為±7%;而0℃以下及55℃以上,對于不同的供應(yīng)商,電阻公差會有一定的差別。
茲附“南韓新基”傳感器的溫度與電阻的對應(yīng)關(guān)系表(中間為標稱值,左右分別為最小最大值):-10℃→(57.1821─62.2756─67.7617)KΩ;-5℃→(48.1378─46.5725─50.2355)KΩ;0℃→(32.8812─35.2024─37.6537)KΩ;5℃→(25.3095─26.8778─28.5176)KΩ;10℃→(19.6624─20.7184─21.8114)KΩ;15℃→(15.4099─16.1155─16.8383)KΩ;20℃→(12.1779─12.6431─13.1144)KΩ;30℃→(7.67922─7.97078─8.26595)KΩ;35℃→(6.12564─6.40021─6.68106)KΩ;40℃→(4.92171─5.17519─5.43683)KΩ;45℃→(3.98164─4.21263─4.45301)KΩ;50℃→(3.24228─3.45097─3.66978)KΩ;55℃→(2.65676─2.84421─3.04214)KΩ;60℃→(2.18999─2.35774─2.53605)KΩ。
除個別老產(chǎn)品外,美的空調(diào)電控使用的室溫管溫傳感器均使用這種類型的傳感器。常數(shù)B值為3470K±1%,基準電阻為25℃對應(yīng)電阻5KΩ±1%。同樣,溫度越高,阻值越?。粶囟仍降?,阻值越大。離25℃越遠,對應(yīng)電阻公差范圍越大。
茲附“日本北陸”傳感器的溫度與電阻的對應(yīng)關(guān)系表(中間為標稱值,左右分別為最小最大值):-10℃→(22.1498─22.7155─23.2829)KΩ;0℃→(13.9408─14.2293─14.5224)KΩ;10℃→(9.0344─9.1810─9.3290)KΩ;20℃→(6.0125─6.0850─6.1579)KΩ;30℃→(4.0833─4.1323─4.1815)KΩ;40℃→(2.8246─2.8688─2.9134)KΩ;50℃→(1.9941─2.0321─2.0706)KΩ;60℃→(1.4343─1.4666─1.4994)KΩ。這種類型的傳感器僅用于個別老產(chǎn)品,如RF7.5WB、T-KFR120C、KFC23GWY等。
2、排氣溫度傳感器:
排氣溫度傳感器用于測量壓縮機頂部的排氣溫度,常數(shù)B值為3950K±3%,基準電阻為90℃對應(yīng)電阻5KΩ±3%。茲附“日本芝蒲”傳感器的溫度與電阻的對應(yīng)關(guān)系表(中間為標稱值,左右分別為最小最大值):-30℃→(823.3─997.1─1206)KΩ;-20℃→(456.9─542.7─644.2)KΩ;-10℃→(263.7─307.7─358.8)KΩ;0℃→(157.6─180.9─207.5)KΩ;10℃→(97.09─109.8─124.0)KΩ;20℃→(61.61─68.66─76.45)KΩ;25℃→(49.59─54.89─60.70)KΩ;30℃→(40.17─44.17─48.53)KΩ;40℃→(26.84─29.15─31.63)KΩ;50℃→(18.35─19.69─21.12)KΩ;60℃→(12.80─13.59─14.42)KΩ;70℃→(9.107─9.589─10.05)KΩ;80℃→(6.592─6.859─7.130)KΩ;100℃→(3.560─3.702─3.846)KΩ;110℃→(2.652─2.781─2.913)KΩ;120℃→(2.003─2.117─2.235)KΩ;130℃→(1.532─1.632─1.736)KΩ。
3.、模塊溫度傳感器:模塊溫度傳感器用于測量變頻模塊(IGBT或IPM)的溫度,目前用的感溫頭的型號是602F-3500F,基準電阻為25℃對應(yīng)電阻6KΩ±1%。幾個典型溫度的對應(yīng)阻值分別是:-10℃→(25.897─28.623)KΩ;0℃→(16.3248─17.7164)KΩ;50℃→(2.3262─2.5153)KΩ;90℃→(0.6671─0.7565)KΩ。
溫度傳感器的種類很多,現(xiàn)在經(jīng)常使用的有熱電阻:PT100、PT1000、Cu50、Cu100;熱電偶:B、E、J、K、S等。溫度傳感器不但種類繁多,而且組合形式多樣,應(yīng)根據(jù)不同的場所選用合適的產(chǎn)品。
測溫原理:根據(jù)電阻阻值、熱電偶的電勢隨溫度不同發(fā)生有規(guī)律的變化的原理,我們可以得到所需要測量的溫度值。
光敏傳感器
光敏傳感器是最常見的傳感器之一,它的種類繁多,主要有:光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近,包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測,它還可以作為探測元件組成其他傳感器,對許多非電量進行檢測,只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一,它在自動控制和非電量電測技術(shù)引中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻,當光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。
高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上,用絲網(wǎng)漏印或真空鍍膜工藝做出電極,再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對濕度的大氣環(huán)境中,因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)律性變化,此即為濕度傳感器的基本機理。影響高分子電容型元件的溫度特性,除作為介質(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)ε及所吸附水分子的介電常數(shù)ε受溫度影響產(chǎn)生變化外,還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點,液體的介電常數(shù)ε是一個與溫度和頻率有關(guān)的無量綱常數(shù)。水分子的ε在T=5℃時為78.36,在T=20℃時為79.63。有機物ε與溫度的關(guān)系因材料而異,且不完全遵從正比關(guān)系。在某些溫區(qū)ε隨T呈上升趨勢,某些溫區(qū)ε隨T增加而下降。多數(shù)文獻在對高分子濕敏電容元件感濕機理的分析中認為:高分子聚合物具有較小的介電常數(shù),如聚酰亞胺在低濕時介電常數(shù)為3.0一3.8。而水分子介電常數(shù)是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后,由于水分子偶極距的存在,大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù),這是多相介質(zhì)的復合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于ε的變化,使?jié)衩綦娙菰碾娙萘緾與相對濕度成正比。在設(shè)計和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器,高分子介質(zhì)膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關(guān)。溫度變化所引起的介質(zhì)幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數(shù)可達到的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數(shù)為108x10-5/℃。隨著溫度上升,介質(zhì)膜厚d增加,對C呈負貢獻值;但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對水的吸附量增加,即對C呈正值貢獻??梢姖衩綦娙莸臏囟忍匦允芏喾N因素支配,在不同的濕度范圍溫漂不同;在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù);不同的感濕材料溫度特性不同。總之,高分子濕度傳感器的溫度系數(shù)并非常數(shù),而是個變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-10-60攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響。
比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹脂,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極,再噴鍍感濕介質(zhì)材料(如前所述)形式平整的感濕膜,再在薄膜上蒸發(fā)上金電極。濕敏元件的電容值與相對濕度成正比關(guān)系,線性度約±2%。雖然,測濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想,在工業(yè)領(lǐng)域使用,壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進一步提高。
陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點在于能耐高溫,濕度滯后,響應(yīng)速度快,體積小,便于批量生產(chǎn),但由于多孔型材質(zhì),對塵埃影響很大,日常維護頻繁,時常需要電加熱加以清洗易影響產(chǎn)品質(zhì)量,易受濕度影響,在低濕高溫環(huán)境下線性度差,特別是使用壽命短,長期可靠性差,是此類濕敏傳感器迫切解決的問題。
當前在濕敏元件的開發(fā)和研究中,電阻式濕度傳感器應(yīng)當最適用于濕度控制領(lǐng)域,其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優(yōu)點,氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史,有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法,都應(yīng)用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點尤其是穩(wěn)定性最強。
氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料,在眾多的感濕材料之中,首先被人們所注意并應(yīng)用于制造濕敏器件,氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當量電導隨著溶液濃度的增加而下降。電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實現(xiàn)感濕。
氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝,以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產(chǎn)品制作不斷改進提高,產(chǎn)品性能不斷得到改善,氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的,也是濕度傳感器最重要的性能。在產(chǎn)品制作過程中,經(jīng)過感濕混合液的配制和工藝上的嚴格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關(guān)鍵。