敏感元件百科知識
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。
光敏電阻器? 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。
力敏元件? 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。
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。霍爾元件也稱為霍爾發(fā)生器，是利用霍爾效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件。霍爾元件的磁靈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。