光电检测技术常用器件及应用精选PPT.ppt
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1、关于光电检测技术常用器件及应用第1页,讲稿共74张,创作于星期日1、光电器件的类型与特点2、光电检测器件的特性参数3、光电导器件-光敏电阻4、光生伏特效应-光电池、光电二极管、光电三极管等5、光电发射效应-光电管、光电倍增管等主要内容主要内容6、光热效应-热敏电阻、热电偶第2页,讲稿共74张,创作于星期日热电探测器 热电传感器是基于某些物理效应将温度热电传感器是基于某些物理效应将温度的变化转换为电量变化的一种检测装置的变化转换为电量变化的一种检测装置参数。常见的热电传感器有热电偶和热参数。常见的热电传感器有热电偶和热电阻两大类型。电阻两大类型。第3页,讲稿共74张,创作于星期日n热电探测器件的
2、物理过程:器件吸收入射辐射功率,产生温升,温升引起热敏材料内部某种有赖于温度的参量变化,检测该变化,可以探知辐射的存在和强弱。n由于热电探测器件利用热敏材料吸收入射辐射的总功率总功率产生升温工作,不是利用某部分光子能量,所以,各种波长的辐射对于响应都有贡献。n热电器件对于波长没有选择性。第4页,讲稿共74张,创作于星期日 热敏电阻按物理特性,可分为三类:热敏电阻按物理特性,可分为三类:(a)负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻(NTC);(b)正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻(PTC);(c)临界温度系数热敏电阻临界温度系数热敏电阻(CTR)。Negative Temperature Co
3、efficient 第5页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻的主要特点n灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10100倍以上,能检倍以上,能检测出测出10-6的温度变化;的温度变化;n工作温度范围宽,常温器件适用于工作温度范围宽,常温器件适用于-55315,高温器件适,高温器件适用温度高于用温度高于315(目前最高可达到(目前最高可达到2000),低温器件适用于),低温器件适用于-27355;n体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;内血管的温度;n使用方便,电阻值可在使用方
4、便,电阻值可在0.1100k间任意选择;间任意选择;n易加工成复杂的形状,可大批量生产;易加工成复杂的形状,可大批量生产;n稳定性好、过载能力强稳定性好、过载能力强 第6页,讲稿共74张,创作于星期日 热敏电阻可以根据使用要求不同做成各种形状。一般是热敏电阻可以根据使用要求不同做成各种形状。一般是将各种氧化物按一定比例混合起来进行压制成型,然将各种氧化物按一定比例混合起来进行压制成型,然后加热到一定温度后,结成坚固的整体。后加热到一定温度后,结成坚固的整体。热敏电阻可制成珠形、杆形、圆形、垫图形和薄片形等多热敏电阻可制成珠形、杆形、圆形、垫图形和薄片形等多种型式。种型式。第7页,讲稿共74张,
5、创作于星期日热敏电阻分类和区别热敏电阻分类和区别n金属热敏电阻n金、镍、铋等n温度系数 正正n绝对值 小小n电阻与温度关系 多为线性n耐高温能力 较强n半导体热敏电阻n氧化锰、氧化镍、氧化钴等n温度系数 负负n绝对值 大大n电阻与温度关系 非线性n耐高温能力 弱多用于温度模拟测量多用于温度模拟测量多用于辐射模拟测量多用于辐射模拟测量热敏电阻R-T关系示意图RTo温度变化引起电阻阻值变化判断?第8页,讲稿共74张,创作于星期日 取一只 100W/220V 灯泡,用万用表测量其电阻值,可以发现其冷态阻值只有几十欧姆,而计算得到的额定热态电阻值应为484。第9页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻原
6、理热敏电阻原理n半导体材料热敏电阻原理解释:n吸收辐射后,材料中的电子动能和晶格的振动能增加,因此部分电子从价带跃迁到导带成为自由电子,从而电阻减小了,呈现负温度系数。n金属材料热敏电阻原理解释:n金属内部本身具有大量的自由电子,可导电,吸收辐射后,自由电子几乎没有增加,但是晶格振动加剧反而阻碍了电子的自由运动,导致电阻增加,呈现正温度系数。第10页,讲稿共74张,创作于星期日薄膜型及普通型铂热电阻 第11页,讲稿共74张,创作于星期日小型铂热电阻 第12页,讲稿共74张,创作于星期日半导体热敏电阻 MF12MF12型型 NTCNTC热敏电热敏电阻阻聚脂塑料封装热聚脂塑料封装热敏电阻敏电阻第1
7、3页,讲稿共74张,创作于星期日其他形式的热敏电阻 玻璃封装玻璃封装 NTC热敏电阻热敏电阻MF58 型热敏电阻型热敏电阻第14页,讲稿共74张,创作于星期日其他形式的热敏电阻 带安装孔的热敏电阻带安装孔的热敏电阻大功率大功率PTC热敏电阻热敏电阻第15页,讲稿共74张,创作于星期日其他形式的热敏电阻(续)贴片式贴片式NTC热敏电阻热敏电阻第16页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻阻值随着温度的变化曲线第17页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻传感器应用热敏电阻传感器应用 11保护保护nPTC热敏电阻(陶瓷钛酸钡)是一种具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度),它的阻值随着温
8、度升高呈现阶跃性的增高。即温度升高到一定值,电阻的阻值迅速的增加n这种特性 广泛的应用于各类家用电器中用作过流保护,过热保护,延时启动等,避免了电器的损坏第18页,讲稿共74张,创作于星期日n电流通过元件后引起温度升高,发热体温度上升,当超过居里点的温度后,电阻增加,限制了电流增加,于是电流下降导致元件的温度降低,电阻又减少使得电路电流增加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,起到了开关的作用,可以做成加热源的部分,第19页,讲稿共74张,创作于星期日n主要使用到的控温电器有 暖风机,电烙铁,烘衣柜,空调。第20页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻传感器应用热敏电阻传
9、感器应用 22测温测温nNTC负温度系数热敏电阻n测量范围-10300,或-20010,甚至可用在3001200的环境中。n适用于粮仓测温,食品储存,医药卫生,海洋,深井,高空,冰川等方面的温度测量n应用领域:电子温度计,电子万年历,电子钟温度显示,汽车电子温度测控电路,手机电池及充电电器等。第21页,讲稿共74张,创作于星期日 通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件,测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路,热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中,如果,则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相
10、互抵消。现场第22页,讲稿共74张,创作于星期日n热电阻流量计的电原理图。两个铂电阻探头Rt1、Rt2,Rt1放在管道中央,它的散热情况受介质流速的影响。Rt2放在温度与流体相同,但不受介质流速影响的小室中。当介质处于静止状态时,电桥处于平衡状态,流量计没有指示。当介质流动时,由于介质流动带走热量,温度的变化引起阻值变化,电桥失去平衡而有输出,电流计指示直接反映了流量的大小。热敏电阻传感器应用热敏电阻传感器应用 3-3-流量计流量计 第23页,讲稿共74张,创作于星期日常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,
11、热敏电阻RT阻值减小,斯密特触发器输入端A电势升高,当达到某一值(高电平),其输出端由高电平跳到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声,Rl的阻值不同,则报警温度不同 热敏电阻传感器应用热敏电阻传感器应用 4 4 报警装置报警装置 第24页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻实物 热敏电阻热敏电阻 LCD第25页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻体温表 热敏电阻实物 第26页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻用于CPU的温度测量 热敏电阻实物 第27页,讲稿共74张,创作于星期日热敏电阻用于电热水器的温度控制 热敏电阻实物 第28页,讲稿共74张,创作于星期日汽车用水温传感器及水温表 铜热电阻
12、铜热电阻热敏电阻实物 第29页,讲稿共74张,创作于星期日思考:还有什么地方可能用到热敏电阻?试着举出三个例子第30页,讲稿共74张,创作于星期日热电偶热电偶的结构和工作原理热电偶的结构和工作原理 热电效应:热电效应:将两种不同的导体(金属或合金)将两种不同的导体(金属或合金)A和和B组成一个闭合回路(称为热电偶),若组成一个闭合回路(称为热电偶),若两接触点温度两接触点温度(T,T0)不同,则回路中有一定不同,则回路中有一定大小电流,表明回路中有电势产生,该现象大小电流,表明回路中有电势产生,该现象称为称为热电动势效应热电动势效应或塞贝克或塞贝克(Seebeck)效应。效应。第31页,讲稿共
13、74张,创作于星期日热电势由两部分组成热电势由两部分组成n两种导体组成的回路称为“热电偶”,这两种导体称为“热电极”,产生的电势则称为“热电势”,热电偶的两个结点,一个称为测量端(工作端或热端),另一个称为参考端(自由端或冷端)。n一部分是两种导体的接触电势,另一部分是单一导体的温差电势。第32页,讲稿共74张,创作于星期日当A和B两种不同材料的导体接触时,由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同),因此,电子在两个方向上扩散的速率就不一样。假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度,则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B扩散到导体A的电子数大。所以导体A失去电子带正电荷,
14、导体B得到电子带负电荷。于是,在A、B两导体的接触界面上便形成一个由A到B的电场。接触电势接触电势 第33页,讲稿共74张,创作于星期日温差电动势温差电动势 n将某一导体两端分别置于不同的温度场T、T0中,在导体内部,热端自由电子具有较大的动能,向冷端移动,从而使热端失去电子带正电荷,冷端得到电子带负电荷。这样,导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场,该静电场阻止电子从热端向冷端移动,最后达到动态平衡。这样,导体两端便产生了电势,我们称为温差电动势。AeA(T,To)ToT温差电势原理图第34页,讲稿共74张,创作于星期日 热电效应包括热电效应包括塞贝克塞贝克(Seebeck)(Seebe
15、ck)效应效应帕尔帖帕尔帖(Peltire)(Peltire)效应效应汤姆逊汤姆逊(Thomson)(Thomson)效应。效应。第35页,讲稿共74张,创作于星期日背景资料背景资料背景资料背景资料 塞贝克(塞贝克(Seebeck,Thomas JohannSeebeck,Thomas Johann)俄国俄国-德国科德国科学家。学家。17701770年年4 4月月9 9日生于爱沙尼亚(俄国)的雷维尔;日生于爱沙尼亚(俄国)的雷维尔;18311831年年1212月月1010日卒于德国柏林。日卒于德国柏林。在在18211821年首先观察到,年首先观察到,如果两种不同的金属在两处相接,并且两个结点保
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