可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)
可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱的傳感器由敏感元器件(感知元件)和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成,,有的半導(dǎo)體敏感元器件可以直接輸出電信號(hào),,本身就構(gòu)成傳感器。敏感元器件品種繁多,,就其感知外界信息的原理來(lái)講,,可分為①物理類(lèi),基于力,、熱,、光、電,、磁和聲等物理效應(yīng),。②化學(xué)類(lèi),基于化學(xué)反應(yīng)的原理,。③生物類(lèi),,基于酶、抗體,、和**等分子識(shí)別功能,。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件,、氣敏元件,、力敏元件、磁敏元件,、濕敏元件,、聲敏元件、放射線敏感元件,、色敏元件和味敏元件等 類(lèi)(還有人曾將傳感器分46類(lèi)),。下面對(duì)常用的熱敏、光敏,、氣敏,、力敏和磁敏傳感器及其敏感元件介紹如下,。
一 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度傳感器及熱敏元件
可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多,,市場(chǎng)上銷(xiāo)售的有雙金屬片,、銅熱電阻、鉑熱電阻,、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等,。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測(cè)元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛,這是因?yàn)樵谠试S工作條件范圍內(nèi),,半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小,、靈敏度高、精度高的特點(diǎn),,而且制造工藝簡(jiǎn)單,、價(jià)格低廉。
1 半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理
按溫度特性熱敏電阻可分為兩類(lèi),,隨 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱溫度上升電阻增加的為正溫度系數(shù)熱敏電阻,,反之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。
⑴ 正溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
此種熱敏電阻以鈦酸鋇(BaTio3)為基本材料,,再摻入適量的稀土元素,,利用陶瓷工藝高溫?zé)Y(jié)爾成。純鈦酸鋇是一種絕緣材料,,但摻入適量的稀土元素如鑭(La)和鈮(Nb)等以后,,變成了半導(dǎo)體材料,被稱(chēng)半導(dǎo)體化鈦酸鋇,。它是一種多晶體材料,,晶粒之間存在著晶粒界面,對(duì)于導(dǎo)電電子而言,,晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)位壘,。當(dāng)溫度低時(shí),由于半導(dǎo)體化鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用,,導(dǎo)電電子可以很容易越過(guò)位壘,,所以電阻值較小,;當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度(即臨界溫度,,此元件的‘溫度控制點(diǎn)' 一般鈦酸鋇的居里點(diǎn)為120℃)時(shí),內(nèi)電場(chǎng)受到破壞,,不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)位壘,,所以表現(xiàn)為電阻值的急劇增加。因?yàn)檫@種元件具有未達(dá)居里點(diǎn)前電阻隨溫度變化非常緩慢,具有恒溫,、調(diào)溫和自動(dòng)控溫的功能,,只發(fā)熱,不發(fā)紅,,無(wú)明火,不易燃燒,,電壓交,、直流3~440V均可,使用壽命長(zhǎng),,非常適用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過(guò)熱探測(cè),。
⑵ 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的工作原理
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以氧化錳、氧化鈷,、氧化鎳,、氧化銅和氧化鋁等金屬氧化物為主要原料,采用陶瓷工藝制造而成,。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì),, 類(lèi)似于鍺、硅晶體材料,,體內(nèi)的載流子(電子和空穴)數(shù)目少,,電阻較高;溫度升高,,體內(nèi)載流子數(shù)目增加,,自然電阻值降低。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻類(lèi)型很多,,使用區(qū)分低溫(-60~300℃),、中溫(300~600℃)、高溫(>600℃)三種,,有靈敏度高,、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快,、壽命長(zhǎng),、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于需要定點(diǎn)測(cè)溫的溫度自動(dòng)控制電路,,如冰箱,、空調(diào)、溫室等的溫控系統(tǒng),。
熱敏電阻與簡(jiǎn)單的放大電路結(jié)合,,就可檢測(cè)千分之一度的溫度變化,所以和電子儀表組成測(cè)溫計(jì),能完成高精度的溫度測(cè)量,。普通用途熱敏電阻工作溫度為-55℃~+315℃,,特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟鹊陀?55℃,可達(dá)-273℃,。
2 熱敏電阻的型號(hào)
我國(guó)產(chǎn)熱敏電阻是按部頒標(biāo)準(zhǔn)SJ1155-82來(lái)制定型號(hào),,由四部分組成。
第一部分:主稱(chēng),,用字母'M’表示 敏感元件,。
第二部分:類(lèi)別,用字母‘Z’表示正溫度系數(shù)熱敏電阻器,,或者用字母‘F’表示負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器,。
第三部分:用途或特征,用一位數(shù)字(0-9)表示,。一般數(shù)字‘1’表示普通用途,,‘2’表示穩(wěn)壓用途(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器),‘3’表示微波測(cè)量用途(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器),,‘4’表示旁熱式(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器),,‘5’表示測(cè)溫用途,‘6’表示控溫用途,,‘7’表示消磁用途(正溫度系數(shù)熱敏電阻器),,‘8’表示線性型(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器),‘9’表示恒溫型(正溫度系數(shù)熱敏電阻器),,‘0’表示特殊型(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器)
第四部分:序號(hào),,也由數(shù)字表示,代表規(guī)格,、性能,。
往往廠家出于區(qū)別本系列產(chǎn)品的特殊需要,在序號(hào)后加‘派生序號(hào)',由字母,、數(shù)字和'-’號(hào)組合而成,。
例: M Z 1 1
序號(hào)
普通用途
正溫度系數(shù)熱敏電阻器
敏感元件
3 熱敏電阻器的主要參數(shù)
各種熱敏電阻器的工作條件一定要在其出廠參數(shù)允許范圍之內(nèi)。熱敏電阻的主要參數(shù)有十余項(xiàng):標(biāo)稱(chēng)電阻值,、使用環(huán)境溫度(*高工作溫度),、測(cè)量功率、額定功率,、標(biāo)稱(chēng)電壓(*大工作電壓),、工作電流、溫度系數(shù),、材料常數(shù),、時(shí)間常數(shù)等,。其中標(biāo)稱(chēng)電阻值是在25℃零功率時(shí)的電阻值,實(shí)際上總有一定誤差,,應(yīng)在±10%之內(nèi),。普通熱敏電阻的工作溫度范圍較大,可根據(jù)需要從-55℃到+315℃選擇,,值得注意的是,,不同型號(hào)熱敏電阻的*高工作溫度差異很大,如MF11片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為+125℃,,而MF53-1僅為+70℃,,學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意(一般不要超過(guò)50℃)。
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