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施克SICK施克傳感器分類與應(yīng)用指南：從溫度到氣體的全面解讀
2025-4-18 閱讀(180)
施克SICK施克傳感器分類與應(yīng)用指南：從溫度到氣體的全面解讀
施克SICK施克傳感器這一裝置的核心組成部分包括敏感元器件和轉(zhuǎn)換器件。在某些情況下，如半導(dǎo)體敏感元器件，它們能夠直接產(chǎn)生電信號，從而構(gòu)成了傳感器的全部。敏感元器件的種類繁多，它們感知外界信息的方式各異，大致可分為三類：物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)；化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)；以及生物類，依賴于酶、抗體和激素等分子的識別功能。根據(jù)這些基本感知功能，傳感器通常被劃分為熱敏元件、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別。
一、施克SICK施克傳感器及熱敏元件
施克SICK施克傳感器的主要構(gòu)成部分是熱敏元件。市場上熱敏元件的種類繁多，包括雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶以及半導(dǎo)體熱敏電阻等。其中，半導(dǎo)體熱敏電阻作為探測元件在溫度傳感器中的應(yīng)用尤為廣泛。這得益于其在允許的工作條件范圍內(nèi)，具備體積小巧、靈敏度高以及精度優(yōu)良的特性，同時兼具制造簡便和成本低廉的優(yōu)點。
1、半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理
施克SICK施克傳感器根據(jù)其溫度特性可分為正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)兩類。正溫度系數(shù)熱敏電阻以鈦酸鋇（BaTio3）為基礎(chǔ)材料，通過摻入稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等，經(jīng)過高溫陶瓷工藝燒結(jié)而成。純鈦酸鋇原本是絕緣材料，但經(jīng)過半導(dǎo)體化處理后，其晶粒間的界面成為位壘，對導(dǎo)電電子產(chǎn)生阻礙。在低溫時，內(nèi)電場作用下導(dǎo)電電子能輕易越過位壘，電阻值較低；而當(dāng)溫度升至居里點（即臨界溫度，約為120℃）時，內(nèi)電場被破壞，導(dǎo)電電子無法越過位壘，導(dǎo)致電阻值急劇上升。這種元件在未達(dá)居里點前，電阻隨溫度變化緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動控溫功能，非常適合用于電動機等電器裝置的過熱探測。
另一方面，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻則以氧化錳、氧化鈷等金屬氧化物為主要原料，通過陶瓷工藝制造。這些金屬氧化物材料具有半導(dǎo)體性質(zhì)，與鍺、硅晶體材料相似。在低溫時，由于體內(nèi)載流子數(shù)目較少，電阻值較高；而隨著溫度升高，載流子數(shù)目增加，電阻值相應(yīng)降低。
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻有多種類型，根據(jù)其使用范圍可分為低溫（-60300℃）、中溫（300600℃）和高溫（>600℃）三種。這些熱敏電阻具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)迅速、壽命長以及價格實惠等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于各種需要定點測溫的溫度自動控制電路中，例如冰箱、空調(diào)以及溫室等的溫控系統(tǒng)。通過與簡單的放大電路相結(jié)合，熱敏電阻能夠檢測出千分之一度的溫度變化，從而與電子儀表一起組成高精度的測溫計。此外，普通用途的熱敏電阻工作溫度范圍為-55℃至+315℃，而特殊低溫?zé)崦綦娮璧墓ぷ鳒囟葎t可低至-55℃以下，甚至達(dá)到-273℃。
2、熱敏電阻的型號
第一部分為主稱，以字母'M'表示敏感元件。
第二部分為類別，通過字母‘Z’來區(qū)分正溫度系數(shù)熱敏電阻器，或用字母‘F’來標(biāo)識負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。
第三部分則用于表示用途或特征，由一位數(shù)字（0-9）表示。例如，數(shù)字‘1’代表普通用途，‘2’表示穩(wěn)壓用途（專指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器），而‘3’則用于表示微波測量用途（同樣為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器）。此外，還有‘4’旁熱式、‘5’測溫用途、‘6’控溫用途、‘7’消磁用途（正溫度系數(shù)熱敏電阻器）、‘8’線性型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器）、‘9’恒溫型（正溫度系數(shù)熱敏電阻器），以及‘0’特殊型（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器）。
第四部分為序號，同樣由數(shù)字表示，用以區(qū)分規(guī)格和性能。在某些情況下，廠家可能會在序號后附加‘派生序號’，以進(jìn)一步區(qū)分本系列產(chǎn)品的特殊特性，該派生序號由字母、數(shù)字和'-'號組合而成。例如，M Z 1 1序號代表的是一款普通用途的正溫度系數(shù)熱敏電阻器敏感元件。
3、施克SICK施克傳感器的主要參數(shù)
施克SICK施克傳感器在各種工作條件下，必須嚴(yán)格遵守其出廠參數(shù)的限制。這種器件涉及多項關(guān)鍵參數(shù)，包括標(biāo)稱電阻值、使用環(huán)境溫度范圍（最高工作溫度）、測量功率、額定功率、標(biāo)稱電壓（最大工作電壓）、工作電流、溫度系數(shù)、材料常數(shù)以及時間常數(shù)等。其中，標(biāo)稱電阻值是指在25℃且無功率施加時的電阻值，由于實際生產(chǎn)中總存在一定誤差，因此該值應(yīng)在±10%的范圍內(nèi)。普通熱敏電阻的工作溫度范圍相當(dāng)廣泛，可靈活選擇，從-55℃到+315℃不等。但需特別留意的是，不同型號的熱敏電阻其最高工作溫度差異顯著，例如，MF11片狀負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的最高工作溫度為+125℃，而MF53-1型號則僅為+70℃。在進(jìn)行學(xué)生實驗時，這一點尤為重要（通常不建議超過50℃）。
4、實驗用熱敏電阻的選擇
在實驗中，施克SICK施克傳感器隨溫度變化時，其電阻值連續(xù)下降的現(xiàn)象比正溫度系數(shù)熱敏電阻器更為明顯，因此更易于觀察。若選擇正溫度系數(shù)熱敏電阻器進(jìn)行實驗，則需確保實驗溫度接近該元件的居里點溫度。
以MF11普通負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器為例，其關(guān)鍵參數(shù)包括：標(biāo)稱阻值在1015kΩ之間，片狀外形，額定功率為0.25W，材料常數(shù)B范圍在19803630k，溫度系數(shù)為-（2.23~4.09）×10^-2/℃，耗散系數(shù)≥5mW/℃，時間常數(shù)≤30s，以及最高工作溫度為125℃。在粗測熱敏電阻的值時，我們建議選用量程適中且通過熱敏電阻的測量電流較小的萬用表。若熱敏電阻阻值約為10kΩ，可以選擇MF10型萬用表，并將其擋位開關(guān)撥至歐姆擋R×100。然后，用鱷魚夾代替表筆分別夾住熱敏電阻的兩引腳。在環(huán)境溫度明顯低于體溫時，讀取初始阻值。接著，用手捏住熱敏電阻，觀察萬用表指針的阻值變化。松開手后，阻值應(yīng)逐漸加大并復(fù)原。這樣的熱敏電阻可適用于最高工作溫度約100℃的環(huán)境。
