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(hào)，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(shí)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(chǎng)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(cè)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(shí)兼具制造簡(jiǎn)便和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

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(guò)摻入稀土元素如鑭（La）和鈮（Nb）等，經(jīng)過(guò)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(guò)半導(dǎo)體化處理后，其晶粒間的界面成為位壘，對(duì)導(dǎo)電電子產(chǎn)生阻礙。在低溫時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)作用下導(dǎo)電電子能輕易越過(guò)位壘，電阻值較低；而當(dāng)溫度升至居里點(diǎn)（即臨界溫度，約為120℃）時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)被破壞，導(dǎo)電電子無(wú)法越過(guò)位壘，導(dǎo)致電阻值急劇上升。這種元件在未達(dá)居里點(diǎn)前，電阻隨溫度變化緩慢，具有恒溫、調(diào)溫和自動(dòng)控溫功能，非常適合用于電動(dòng)機(jī)等電器裝置的過(guò)熱探測(cè)。

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(guò)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(shí)，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(zhǎng)以及價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種需要定點(diǎn)測(cè)溫的溫度自動(dòng)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(guò)與簡(jiǎn)單的放大電路相結(jié)合，熱敏電阻能夠檢測(cè)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(cè)溫計(jì)。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(hào)

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(guò)字母‘Z’來(lái)區(qū)分正溫度系數(shù)熱敏電阻器，或用字母‘F’來(lái)標(biāo)識(shí)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(cè)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(cè)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(hào)，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(huì)在序號(hào)后附加‘派生序號(hào)’，以進(jìn)一步區(qū)分本系列產(chǎn)品的特殊特性，該派生序號(hào)由字母、數(shù)字和'-'號(hào)組合而成。例如，M Z 1 1序號(hào)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(xiàng)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(cè)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(shí)間常數(shù)等。其中，標(biāo)稱電阻值是指在25℃且無(wú)功率施加時(shí)的電阻值，由于實(shí)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(hào)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(hào)則僅為+70℃。在進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要（通常不建議超過(guò)50℃）。

4、實(shí)驗(yàn)用熱敏電阻的選擇

在實(shí)驗(yàn)中，施克SICK施克傳感器隨溫度變化時(shí)，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(shí)驗(yàn)，則需確保實(shí)驗(yàn)溫度接近該元件的居里點(diǎn)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(shí)間常數(shù)≤30s，以及最高工作溫度為125℃。在粗測(cè)熱敏電阻的值時(shí)，我們建議選用量程適中且通過(guò)熱敏電阻的測(cè)量電流較小的萬(wàn)用表。若熱敏電阻阻值約為10kΩ，可以選擇MF10型萬(wàn)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(shí)，讀取初始阻值。接著，用手捏住熱敏電阻，觀察萬(wàn)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。