1、第六章第六章 氣敏傳感器及應用技術氣敏傳感器及應用技術梁長垠梁長垠 教授教授Professor LiangProfessor Liang第六章第六章 超聲波傳感器及應用技術超聲波傳感器及應用技術教學目的：1、了解氣敏傳感器的作用、分類和使用方法； 2、熟悉常用氣敏傳感器的特點及應用范圍；4、掌握常用氣敏傳感器的工作原理及使用方法；5、學會正確選用氣敏傳感器的方法。教學重點：1、氣敏傳感器特點與選用；2、氣敏傳感器原理及接口電路設計方法。教學難點：1、氣敏傳感器工作原理；2、氣敏傳感器應用電路分析與設計方法。教學方法：1、引導文教學法2、引探教學法3、頭腦風暴法第六章第六章 超聲波傳感器及應用技

2、術超聲波傳感器及應用技術問題思考：1、氣敏傳感器的作用是什么？2、常用的氣敏傳感器有哪些種？各自的原 理是什么?3、氣敏傳感器的原理是什么？其應用場合 有哪些?4、舉出5種以上氣敏傳感器的應用場景。第六章第六章 磁敏傳感器及應用技術磁敏傳感器及應用技術第一節(jié) 氣敏傳感器定義與分類 氣敏傳感器定義 氣敏傳感器分類第二節(jié) 氣敏傳感器工作原理 半導體氣敏傳感器 接觸燃燒式氣敏傳感器第三節(jié) 氣敏傳感器應用分析與訓練 氣敏傳感器綜合應用 酒精濃度檢測電路設計與調試電路設計與調試 氣體泄漏檢測電路設計與調試氣體泄漏檢測電路設計與調試 第六章第六章 磁敏傳感器及應用技術磁敏傳感器及應用技術第一節(jié)第一節(jié) 氣敏

3、傳感器定義與分類氣敏傳感器定義與分類一、氣敏傳感器定義 應用領域：應用領域：能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件。爆炸性氣體：爆炸性氣體：液化氣、煤氣、甲烷液化氣、煤氣、甲烷二、氣敏傳感器分類 有毒性氣體：有毒性氣體：一氧化碳、硫化氫、氨氣、鹵化物一氧化碳、硫化氫、氨氣、鹵化物環(huán)境氣體：環(huán)境氣體：氧氣、二氧化碳、水蒸氣、大氣污染氧氣、二氧化碳、水蒸氣、大氣污染工業(yè)氣體：工業(yè)氣體：一氧化碳、氧氣、水蒸氣一氧化碳、氧氣、水蒸氣乙醇氣體：乙醇氣體：乙醇乙醇半導體氣敏傳感器（半導體氣敏傳感器（電阻型和非電阻型電阻型和非電阻型）絕緣體氣敏傳感器（絕緣體氣敏傳感器（接觸燃燒式和電容式接觸燃燒式和電

4、容式）電化學氣敏傳感器（電化學氣敏傳感器（恒電位電解式和伽伐尼電池式恒電位電解式和伽伐尼電池式）第一節(jié)第一節(jié) 超聲波傳感器定義與分類超聲波傳感器定義與分類氣敏傳感器應用 第一節(jié)第一節(jié) 氣敏傳感器定義與分類氣敏傳感器定義與分類第二節(jié)第二節(jié) 氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器工作原理一、半導體氣敏傳感器 半導體氣敏傳感器半導體氣敏傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器非電阻式非電阻式傳感器傳感器燒結型燒結型薄膜型薄膜型厚膜型厚膜型金屬金屬- -半導體半導體結二極管型結二極管型MOSMOS二極管型二極管型MOSFETMOSFET型型半導體氣敏傳感器是利用半導體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導體性質變化來檢測特定氣體

5、的成分或者測量其濃度。第二節(jié)第二節(jié) 氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器工作原理電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏半導體材料，如二氧化錫(SnO2)、二氧化錳(MnO2)等金用氧化物制成敏感元件，當它們吸收了可燃氣體的煙霧，如氫、一氧化碳、烷、醚、醉、苯以及天然氣等時，會發(fā)生還原反應，放出熱量，使元件溫度相應增高，電阻發(fā)生變化。1.1.電阻式氣敏傳感器電阻式氣敏傳感器簡而言之，電阻式氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應，導致敏感元件阻值變化。電阻式氣敏傳感器按照半導體與氣體相互作用位置不同可分為表面控制型與體控制型兩大類。電阻式氣敏傳感器制造工藝不同可分為燒結型、薄膜型和厚膜型。第二節(jié)第二節(jié)

6、 氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器工作原理非電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏吸附和反應時引起的PN結或場效應管功能參數變化來實現氣體檢測的。2.2.非電阻式氣敏傳感器非電阻式氣敏傳感器非電阻式氣敏傳感器屬于表面控制型傳感器。非電阻式氣敏傳感器主要特點是靈敏度高，常用于可燃防爆檢測、有毒有害氣體檢測等。非電阻式氣敏傳感器分類： 金屬-半導體結二極管型 MOS二極管型 MOSFET氣體型第二節(jié)第二節(jié) 氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器工作原理二、接觸燃燒性氣敏傳感器 1.1.可燃性氣體可燃性氣體將在空氣中大道一定濃度、觸及火種可引起燃燒的氣體稱為可燃性氣體。例如：甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚、一氧化碳、氫氣

7、等。2.2.接觸燃燒性氣體傳感器分類接觸燃燒性氣體傳感器分類直接接觸燃燒式、催化接觸燃燒式直接接觸燃燒式、催化接觸燃燒式3.3.接觸燃燒性氣體傳感器原理接觸燃燒性氣體傳感器原理氣敏材料(如Pt電熱絲等)在通電狀態(tài)下，可燃氣體與空氣中的氧在Pt電熱絲上產生無焰接觸燃燒，是的敏感元件的Pt電熱絲溫度上高，電阻值增大。4.4.應用：應用：石化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處可燃性氣體的監(jiān)測和報警。第三節(jié)第三節(jié) 氣敏傳感器綜合應用分析氣敏傳感器綜合應用分析 1.家用可燃氣體報警器電路 2、酒精濃度檢測儀 第一節(jié)第一節(jié) 氣敏傳感器氣敏傳感器定義與分類定義與分類 2、酒精濃度檢測儀 第一節(jié)第一節(jié) 氣

8、敏傳感器氣敏傳感器定義與分類定義與分類 視發(fā)光管點亮數 量判斷醉酒程度 3、汽車尾氣檢測 第一節(jié)第一節(jié) 氣敏傳感器氣敏傳感器定義與分類定義與分類 4、瓦斯（甲烷CH4)檢測報警器 第一節(jié)第一節(jié) 氣敏傳感器氣敏傳感器定義與分類定義與分類第二節(jié)第二節(jié) 氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器工作原理氣敏傳感器應用 第一節(jié)第一節(jié) 超聲波傳感器定義與分類超聲波傳感器定義與分類第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理二、干簧管 定義：干簧管(磁簧管、舌簧管)是一種磁敏的特殊開關。結構與外形：兩個觸點由特殊材料制成，被封裝在真空 的玻璃管里。工作原理：用磁鐵

9、接近它，干簧管兩個節(jié)點就會吸合在一起，使電路導通。典型應用：計數、限位等。 例如：輪胎上沾上磁鐵與干簧管的自行車公里計 開關門的報警器、問候器 斷線報警器 接近開關等第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理三、霍爾元件 1、霍爾效應 在金屬或半導體薄片兩端通以電流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電勢UH（稱為霍爾電動勢或霍爾電壓）。這種現象稱為霍爾效應。第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理三、霍爾元件 1、霍爾效應 霍爾效應的產生是由于運動電荷受到磁場中洛倫茲力作用的結果。霍爾電勢UH可用下式表示： UH=RHIB

10、/d (V) 式中 RH霍爾常數 I控制電流， B磁感應強度 d霍爾元件的厚度令 KH=RH/d，則得到 UH=KHIB 可見，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。KH稱為霍爾元件的靈敏度，它與元件材料的性質與幾何尺寸有關。第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理三、霍爾元件 2、霍爾元件 （1）霍爾元件結構與電路符號 （2）霍爾元件特性 線性特性 開關特性霍爾元件的輸出電動勢分別于I、B成線性關系霍爾元件輸出電勢在一定區(qū)域內隨B增加迅速增加的特性第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理四、霍爾傳感器 1、霍爾傳感器 將霍爾元件、放大器、調理電路等集成在一個芯片上

11、。（1）線性型霍爾傳感器線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。霍爾傳感器霍爾傳感器線性型霍爾傳感器線性型霍爾傳感器開關型霍爾傳感器開關型霍爾傳感器輸出電壓與外加磁場強度呈線性關系，在B1B2的磁感應強度范圍內有較好的線性度，磁感應強度超出此范圍時則呈現飽和狀態(tài)。第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理（2）開關型霍爾傳感器開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數字量圖中，Bnp為工作點“開”的磁感應強度，BRP為釋放點“關”的磁感應強度。當外加的磁感應強度超過動作點Bnp時，傳感器輸出低電平，當磁感應強度降到動

12、作點Bnp以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點BRP時，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖健np與BRP之間的滯后使開關動作更為可靠。第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理四、霍爾傳感器 （3）鎖鍵型霍爾傳感器鎖鍵型是開關型霍爾傳感器的一種特殊形式，它輸出數字量當磁感應強度超過動作點Bnp時，傳感器輸出由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑谕獯艌龀废螅漭敵鰻顟B(tài)保持不變（即鎖存狀態(tài)），必須施加反向磁感應強度達到BRP時，才能使電平產生變化。第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理四、霍爾傳感器 （4 4）霍爾傳感器的恒壓驅動）霍爾傳感器的恒壓驅動第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理

13、磁敏傳感器工作原理四、霍爾傳感器 （5 5）霍爾傳感器的恒流驅動）霍爾傳感器的恒流驅動第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理（6 6）霍爾傳感器應用常用接口電路）霍爾傳感器應用常用接口電路（7 7）霍爾傳感器應用集錦）霍爾傳感器應用集錦第二節(jié)第二節(jié) 磁敏傳感器工作原理磁敏傳感器工作原理第三節(jié) 磁敏傳感器應用分析與訓練一、霍爾電機測速電路設計與調試電路設計與調試1 1、實訓目的實訓目的（1）熟悉霍爾傳感器的工作原理；（2）掌握霍爾測速系統(tǒng)原理及調試方法；2 2、實訓設備與器件實訓設備與器件傳感器綜合應用創(chuàng)新實訓平臺、磁敏傳感器應用模塊

14、、測試用磁鋼、直流電機測速模塊、數字式萬用表等。3 3、實訓原理、實訓原理霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。利用霍爾傳感器測量電機轉速時，可在電機主軸上相連的碼盤上安裝一個磁鋼，當電機旋轉時，磁鋼經過霍爾傳感器，其可以直接輸出脈沖信號，送數字轉速表/頻率計單元中進行顯示，也可計算單位時間內的脈沖數，再換算出轉速。第三節(jié) 磁敏傳感器應用分析與訓練一、霍爾電機測速電路設計與調試電路設計與調試4 4、實訓實訓電路電路第三節(jié) 磁敏傳感器應用分析與訓練一、霍爾電機測速電路設計與調試電路設計與調試4 4、實訓實訓電路電路第三節(jié) 磁敏傳感器應用分析與訓練一、霍爾電機測速電路設計與調試電路設計與調

15、試4 4、實訓實訓電路電路第三節(jié) 磁敏傳感器應用分析與訓練一、霍爾電機測速電路設計與調試電路設計與調試5 5、實訓實訓步驟步驟1.將磁敏傳感器應用模塊的電機模塊接口（J8）與直流電機測速模塊的cone10接口用16P彩排線接到，把“磁敏傳感器應用模塊”上的SP1接用跳線接到底板上的數字轉速表/頻率計單元的IN端口上并設置為轉速表模式。2.檢查各相關線路，接通實訓平臺電源，用數字萬用表測量磁敏傳感器應用模塊的供電電壓（+5V）是否正常。3. 把撥動開關SW1撥到右側（模擬控制），利用調速旋鈕RP1控制直流電機轉速，觀察轉速表數據，記錄在表中。4.使用示波器觀察TP7（SP2）處霍爾傳感器的輸出波形。5把SW1撥到左側（PWM控制），用20P排線將傳感器J1接口與智能顯示終端J2接口相連接，開啟電源，通過按鍵K1