半导体敏感元件(湿度)
(完整版)常用传感器种类
常用传感器种类传感器类型名称简介备注温度传感器超声波传感器数字信号输出传感器DS18B20 ，18B20数字温度传感器，可应于各种狭小空间设备数字测温和控制领域热敏电阻传感器MTS102 温度传感器超声波传感器TCT40-16F/S（收/发）超声波传感器TCT40-16F/S（收发一体）超声波测距模块超声波测距模块热敏电阻温度传感器温度探头-40～+150 ℃最大检测距离5m可以直接装在机器人上,作为寻物、避障探测等应用加速度传感器MMA7660 MMA7660FC 超小低功耗三轴加速度传感器三轴加速度感应，可应于小车、机器人等的倾角控制烟雾传感器MQ-2 可用于检测CO、CH4 等可燃性气体气体烟雾传感器酒精传感器MQ-3 半导体酒精传感器MQ-3湿度传感器湿度敏感元器件，具有感湿范围宽、灵敏度高、湿滞洄差小、响应速度快振动传感器/ 位移传感器CLA-3振动传感器15 : 24GHz 雷达传感器它是一种可以将微波回波信号转换为一种电信号的装换装置，是雷达测速仪，水位计，汽车 ACC 辅助巡航系统，自动门感应器等的核心芯片。
16: 光电式传感器 photoelectric transducer ，基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生 光电效应 ，将光信号转换成电信号输 出。
它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极 广泛的重要敏感器件。
光电测量时不与被测对象直接接触 , 光束的质量又近似为零 , 在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。
因此 在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。
其缺点是在某些应用方面，光学器件和电子器件价格较贵，并且对测量的环 境条件要求较高。
霍尔开关传感器 霍尔开关传感器 /电机测速 / 位置检测 可用于电机测速 / 位置检测等场 无线遥控组件 315M 常用于报警器设防、车库门遥控、摩 托车、汽车的防盗报警等速腾车方向盘转角传感器为光电式传感器17: 空气质量传感器它是semiconductor transducer 利用半导体材料的各种物理、化学和生物学特性制成的传感器。
半导体传感器的工作原理
半导体传感器的工作原理
半导体传感器是一种基于半导体材料的电子元件，它可以通过其材料的电学特性来检测和测量环境中的物理量或化学量。
半导体传感器的工作原理可以分为两种类型：电阻式和电容式。
对于电阻式传感器，它的工作原理是基于半导体材料的电阻随着被测量物理量的变化而发生变化。
例如，温度传感器就是一种电阻式传感器，它使用了半导体材料中的温度系数来测量温度。
当温度升高时，半导体材料的电阻也随之增加。
通过测量电阻的变化，可以确定温度的大小。
对于电容式传感器，则是通过测量电容的变化来实现测量的。
这种传感器通常由两个金属板和介质层组成，介质层可以是空气、液体或固体。
当被测量的物理量改变时，介质层的电容也会发生变化，从而导致整个传感器的电容值发生改变。
通过测量电容的变化，可以确定被测量物理量的大小。
总的来说，半导体传感器利用半导体材料的电学特性来测量环境中的物理量或化学量，具有响应速度快、精度高、体积小等优点，被广泛应用于温度、湿度、压力、光强、气体浓度等领域。
电子元器件 半导体器件长期贮存 第8部分：无源电子器件-最新国标
电子元器件半导体器件长期贮存第8部分：无源电子器件1 范围本文件规定了无源电子器件长期贮存方法和推荐条件，包括运输、控制以及贮存设施安全。
长期贮存是指产品预计贮存时间超过12个月的贮存。
本文件提供了有效进行无源电子器件长期贮存的理念、良好工作习惯和一般方法。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 4937.20，半导体器件机械和气候试验方法第20部分：塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响（GB/T 4937.20-2018，IEC 60749-20：2008，IDT）GB/T 4937.201 半导体器件机械和气候试验方法第201部分：对潮湿和焊接热综合影响敏感的表面安装器件的操作、包装、标志和运输（GB/T 4937.201-2018，IEC 60749-20-1：2009，IDT）IEC 61760-4，表面安装技术–第4部分：湿敏器件的分类，包装，标记和处理（Surface mounting technology-Part 4:Classification,packaging,labelling and handling of moisture sensitive devices）JEDEC J-STD-075 用于装配的非集成电路电子元器件分级（Classification of non-IC electronic components for assembly process）3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1无源的 passive<电子器件>限定瞬时功率的时间积分从首次供电之前的瞬间开始，在任何时间间隔内不能为负的电子器件或电路。
示例电阻，电感，电容，保险丝，磁性开关，晶体振荡器，二极管，LED。
第3章_常用传感器与敏感元件_第5-10节
半反射半透射镜 光电传感器
聚焦投镜 光源
反射带
光电耦合器 透射式转速计
反射式转速计
光电编码器
将位移转换成脉冲信号或数字信号输出的传感器称为
编码器。可用于位移和速度检测。有直线编码器和旋 转编码器。分为增量式和绝对式（数字式）编码器。
0000
1111
零位信号窗口 主信号窗口 编码盘
一、光纤传感器的类型
功能型（又叫传感型或全
光纤型）：光纤作为敏感 元件，利用光纤的传光特 光纤 性随着被测量（如应变、 压力、温度、电场、射线 光敏元件 等）而变化，从而使光纤 功能型光纤传感器示意图 内传输的光的特征参量 （强度、相位、频率、偏 振态、波长等）发生变化。非功能型（又叫传光型 或混合型）：光纤只是 只要检测出这些变化即可 传输光的导体，还需利 确定被测量的大小。光纤 用其它敏感元件（如光 既传光又传感。
1. 光电管(Phototube)
利用外光电效应，有真空光电管和充气光电管。
基本工作过程： 真空光电管：一定波长的光线→光电阴极发射电子 →被阳极吸收→形成光电流。 充气光电管（充有惰性气体）：阴极发射的电子撞 击惰性气体，使其电离，从而使阳极电流急剧增加， 提高了灵敏度。
光电阴极：由 光电材料涂敷 光电阴极 在玻璃泡内壁 阳极 或半圆筒形的 金属片上构成。
S F N 霍尔元件
N S 力的测量
霍尔元件 磁铁 磁铁随刀架一起转动 数控车床自动换刀控制
被测零件
非金属板
N 霍尔传感器 S 磁钢 计数装置
霍尔传感器产品
霍尔开关传感器 各种霍尔传感器
霍尔电流传感器
二、热敏电阻传感器
工作原理：利用半导体材料本身的电阻率随温度 而变化的特性。 特点：灵敏度高（电阻温度系数大，比一般金属 电阻大10～100倍）；结构简单，体积小，可进行 点测；热容量小，响应快，适宜动态测量；线性 差；稳定性和互换性较差。 类型：PTC、NTC和CTR。 结构： 直热式：圆柱形、圆片形、珠粒状、薄膜形、垫圈 形、扁形、杆形、管形、松叶状等。珠粒状体积小， 热时间常数小，适合制造点、表面温度计，如电子 体温计几乎100%都采用这种形式（NTC）。 旁热式：带有金属丝加热器。
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍传感器由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。
敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。
③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。
下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
一、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。
热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。
以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。
1、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。
纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。
它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。
当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。
因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3~440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
空气质量传感器MP135
MP135型半导体空气污染敏感元件采用先进的平面生产工艺，由加热器以及微型Al2O3陶瓷基 片上形成的金属氧化物半导体材料构成，用电极引线引出，封装在金属管座、管帽内。当有被 检测气体存在时， 空气中该气体的浓度越高，传感器的电导率就 越高。使用简单的电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓 度对应的输出信号。特点：
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电 话：0531-66567345、58896009 传 真：0531-66567345
地 址：济南市天桥区北园路 398 号欧亚电子大厦 F2 C329/330
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参考电路
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规格： A. 标准工作条件
符号 Vc VH RL RH PH
技术参数
10KΩ-100KΩ (50ppm H2)
备注 DC
AC or DC 室温
备注
最小值大于２％
备注
S
灵敏度(50ppmH2)
Rin air/Rin typical gas≥3
标准工作条
Vc:5.0V±0.2V VH: 5.0V±0.间
不少于48 小时
* 对H2的灵敏度高 * 元件外形尺寸小 * 5V定电压、低功耗 * 快速的响应恢复特性 * 简单的驱动电路 * 优异的稳定性和长期的使用寿命
应用用于家庭环境的有害气体检测自动排风装置、空气清新机等
ppm
传感器原理及应用期末考试试题库含答案
传感器原理及应用期末考试试题库含答案一：填空题（每空1分）1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，测量电路三个部分组成。
2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。
3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。
4.光电流与暗电流之差称为光电流。
5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。
6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式应变计和箔式应变计结构。
7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在后坡区与距离的平方成反比关系。
8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器。
9.画出达林顿光电三极管内部接线方式：＋U CE R L10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。
其定义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公式表示k （x）=Δy/Δx 。
11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一种度量。
按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。
最常用的是最小二乘法线性度。
12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体式两大类。
13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。
14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。
15. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。
16. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。
17. 在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。
18. 光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。
19. 光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。
半导体温度传感器
半导体温度传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
国家标准GB766587对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”o传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。
半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。
传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
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H1 H 2 T
ΔT—温度25℃与另一规定环境温度之差；
3 湿度传感器的主要参数
F 响应时间
沈
t -
Kt K(1e )
注：通常脱湿响应时间大于吸湿相应时间；
阳
G 湿滞回线和湿滞回差
工
业 H 电压特性
加直流电压，会引起湿敏元件的感湿体内水
大
分子电解，致使其电导率随时间的延长而下降。
学
故采用交流电压。
2 湿敏传感器分类
沈干
湿 球
阳
球 温
温 度
工
度 计
计
业
大
学
刻度盘
干湿球式湿度计
纱布
水槽
2 湿敏传感器分类
干湿球式湿度计
原理沈Biblioteka 利用水蒸发要吸热降温，而蒸发的快慢（即降温的多少）是和
当时空气的相对湿度有关。
阳
工
业
大
学
3 湿度传感器的主要参数
A 湿度量程 低湿型（0.5%RH-30%RH） 中湿型（30%RH-70%RH）
而凝结成露珠,相对湿度为100％RH，简称露点。
霜点温度
如果露点温度低于0℃时,水蒸气将结霜,统称为露点。
2 湿敏传感器分类
按湿敏元件输出的电学量
沈
电阻式、电容式和频率式等；
阳
按探测功能
工
业
相对湿度、绝对湿度、结露和多功能式四种；
大
按材料
学
毛发式、干湿球式、陶瓷式、有机高分子式、半导体式和电解质式等。
业 在加工好的粉料中加入有机粘合剂，搅拌
大 均匀后，装入模具内，经压力机加压成型。
强的电子亲和力。
水分子结构示意图
6 半导体陶瓷湿敏元件
感湿机理
A 电子导电理论 实质：用能带理论来解释多孔陶瓷的感湿机理。
沈
表面受主态能级
表面能级
成对出现
阳
表面施主态能级
本征表面态
工 P型金属氧化物半导体
水分子在晶粒表面吸附，在价
业
带上方产生新的能级，相对湿度增
大 大时，表面吸附的水增多，增加了
学 表面受主密度。表面空穴的浓度随
相对湿度的增大而不断增大，使表
面电阻明显下降，引起感湿陶瓷的 电阻下降。
(a)未吸附水分子时 (b)吸附水分子后
P型半导体陶瓷表面能态
6 半导体陶瓷湿敏元件
感湿机理
A 电子导电理论
沈 N型金属氧化物半导体
阳
A
B
工
Ei
业
大
学
A 过程： 正感湿过程。
B 过程：随着相对湿度，界面积累的空穴浓度将超过导带中原有电子
沈
阳
工
湿度传感器
业
大
学
课程内容
1 湿度表示方法
沈 2 湿敏传感器分类
阳 3 湿度传感器的主要参数
工 4 几种常用测量湿度方法
业
5 半导体陶瓷湿敏元件
6 元素半导体湿敏元件
大
7 半导体结型和MOS型湿敏元件
学 8.高分子湿度传感器
9 湿敏传感器的应用
10 典型湿度传感器
1 湿度表示方法
湿度： 大气中含有水蒸气的多少,表明大气的干湿程度。
沈
道尔顿部分压力定律：在常温常压下，一定体积混合气体的压力，等
相对湿度 于其各组成成分分别单独在相同体积内产生的部分压力之和。
阳
在某一温度下，其水蒸气压同其饱和蒸气压的百分比。
工
RH p 100% ps
常表示为%RH；
业
绝对湿度 单位体积内,空气里所含水蒸气的质量。
大
学
露点温度
v
m V
当空气的温度下降到某一特定温度,空气中的水蒸气将向液相转化
浓度，出现反型层，界面电阻率下降，呈现负感湿特性。
6 半导体陶瓷湿敏元件
感湿机理
B 质子导电理论
沈
化学吸附产生电场促进物
理吸附水的分解，其电荷输运
阳
是通过一个质子附载在水分子
工 上形成水合氢离子进行的，表
业
现为负感湿特性。
大
2H 2O H3OO-H
学 C 电子-质子混合导电理论
在任何湿度下，陶瓷湿敏元件同时存在有电子导电和质子导电。低湿情况 下，则以电子导电为主。高湿情况下，则以质子导电为主。中等湿度情况， 则是电子导电和质子导电的过渡区域。
5电解质湿度传感器
原理
沈
利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。
数
阳
感湿膜
工 业 大 学
R 梳状
柱状
/对
的
7.0
吸附
脱附
6.5
15℃
6.0
阻 值
5.5
电
5.0
4.5
4.0 40 50 60 70 80 90 相 对 湿 度 / % RH
氯化锂湿度—电阻特性曲线
6 半导体陶瓷湿敏元件
6 半导体陶瓷湿敏元件
以不同的金属氧化物为原料，通过典型的陶瓷工艺烧制而成。
沈 6.1 MgCr2O4-TiO2陶瓷湿敏元件结构
阳
多孔RuO2电极 加热器
感湿陶瓷
工
业
金隔漏环
大
陶瓷基板
学
电极引线 （Pt-Ir）
陶瓷湿敏元件结构图
6 半导体陶瓷湿敏元件
6.2 MgCr2O4-TiO2湿敏元件特性（国产SM-1型）
沈 ⑴ 阻-湿特性
阳
RR0eRH
⑵ 响应时间
工
吸湿和脱湿响应时间约为10s；
业
⑶ 加热清洗特性
大
⑷ 气敏特性
学
MgCr2O4-TiO2半导体陶瓷材料为多孔性结构，工作温度低于150
℃时，良好感湿特性；300-550℃时，丧失对水蒸汽敏感特性，对多种
气体敏感，例如乙醇。
6 半导体陶瓷湿敏元件
6.2 MgCr2O4-TiO2湿敏元件特性（国产SM-1型）
材料 金属氧化物半导体陶瓷
沈
类型 烧结型、厚膜型和薄膜型
阳
特点 测湿范围宽，工作温度高，响应时间短、精度高；
工
感湿机理 陶瓷湿敏元件利用其表面多孔性吸湿导电。
业
A 电子导电理论 B 质子导电理论 C 电子-质子混合导电理论
大
水分子特点
学
极性分子，电子云趋向于氧原子，氢
原子附近有很强的正电场，水分子具有很
沈
高湿型（70%RH-100%RH） 全湿型（0-100%RH）
B 感湿特征量
阳
工 C 感湿灵敏度 业 D 特征量温度系数
例：R1%/ R20%
电阻温度系数(%/℃)=
R1 R2 100 R1T
大
电容温度系数(%/℃)= C1 C2 100 C1T
学
ΔT—温度25℃与另一规定环境温度之差；
E 感湿温度系数 感湿温度系数(%RH/℃)=
沈
阳
工
业
日本松下公司MgCr2O4-TiO2系多功能传感器典型特性
大
学
6 半导体陶瓷湿敏元件
6.3 MgCr2O4-TiO2湿敏元件工艺
沈 ⑴ 材料制备
阳
配比：MgO:Cr2O3:TiO2=70:70:30 (摩尔分数)。 配好原料放入球磨罐中进行球磨。干燥、过筛
工
后，制成粒径合适的粉料。
⑵ 成型
I 频率特性
高湿时，频率影响较小；低湿高频时，频率增加，元件阻值下降，上 限频率通常由实验决定；为防止水解，频率通常大于50Hz。
4 几种常用测量湿度方法
毛发湿度计
沈
用纤维素与约 50微米厚金属箔粘合在
一起，卷成螺旋状构成；适用范围: 30%～
阳
100%RH。
工
业
大
学
干湿球式温湿度计
电子式温湿度计