敏感元件的簡單的基礎(chǔ)知識

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(dá)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(jī)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，敏感元件的重要性日益增大。
特性 　 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(圖1曲線1和 2),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(圖1曲線3和4)。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。

敏感元件

　 電阻值隨入射光（一般指可見光）強(qiáng)弱而變化的敏感元件。通常入射光增強(qiáng)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(qiáng)控制、光－電自動控制、光-電開 關(guān)、光-電計數(shù)、光－電安全保護(hù)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(qiáng)的變化。由圖2可見，在 壓強(qiáng)約為20吉帕以下時,N型硅的電阻值隨壓強(qiáng)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(kuò)散型兩種。擴(kuò)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。

敏感元件

　　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。
磁敏元件 　 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?；魻栐拇澎`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(qiáng)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(qiáng)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。
氣敏元件 　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(jī)理尚處于探索階段。一般認(rèn)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。
濕敏元件 　 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(jī)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(fù)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。