溫度敏感材料

溫度敏感材料能夠檢測物體和空間等溫度，並能隨溫度變化給出電信號變化的材料。按與被測量物體的接觸方式可分為直接接觸式和非直接接觸式兩種。前者使用較早，至今仍是使用的主體。其中有熱電體(如熱電偶等)，金屬電阻體(如純金屬絲或箔等)以及熱敏電阻(如Mn、Co、Ni、Fe等金屬氧化物燒結體和鈦酸鋇中添加Pb或Sr等的半導體陶瓷等)。常利用這些材料製成感測器。主要用於標準計量、特殊計量、工業計量與控制，汽車以及家電等。主要向易於使用、高感度、價格便宜、再現性好、經時變化小、回響速度快等方向發展。

基本介紹

• 中文名：溫度敏感材料
• 外文名：temperature sensor material
• 作用：檢測物體和空間等溫度
• 常用材料：熱電體，金屬電阻體、熱敏電阻
• 特點：易於使用、高感度、價格便宜等
• 套用：用於標準計量、工業計量與控制等

分類

能夠感受溫度，並能把溫度這個物理量轉換成電信號輸出的器件叫做溫度感測器。溫度感測器是開發最早、套用最廣的一類感測器。隨著信息技術的發展，人們需要將所需測量的物理量，例如溫度轉換為電學量，從而開發了各種溫度敏感材料和各種類型的溫度感測器。下表是各種溫度感測器的類型：

溫度感測器類型

熱學性能

由於熱敏材料常需要傳遞熱能信號或對熱進行換能，因此需要十分關注材料相關的熱學性能，如比熱容、熱膨脹、熱傳導、熱穩定等。當材料加熱或冷卻時，物體受熱不均勻或各組分的膨脹及收縮不同，會產生應力，這種應力稱熱應力。在無機非金屬材料中，由於製造條件和使用條件等多種其他原因，特別是如果存在溫度梯度時，也會產生應力。當材料受熱時，其內部的電導機制發生改變，通過適當的方法能夠檢測到這種變化。這種現象可以看作敏感材料的熱電換能特性。

當用不同種導體構成的閉合電路時，若使其結合部出現溫度差，則在此閉合電路中將有熱電流流過，或產生熱電動勢，這種熱電換能特性多見於金屬和部分半導體。一些電介質受熱或冷卻時會出現電極化，激發起介質表面電荷，這種現象叫做熱釋電效應，這樣的性質稱為熱釋電特性；反之，當外加電場於熱釋電材料時，電場的改變會引起它的溫度變化，這種效應稱為電卡效應。

金屬電阻溫度計的工作原理

金屬固體中原子排列都具有一定的晶體結構，原子之間以金屬鍵相結合，價電子是多個原子共有，所以金屬固體中的價電子可以在固體中自由移動。在沒有外加電場時，金屬中的價電子(又稱為自由電子)沿各個方向運動的幾率相同，因此不產生電流。當施加外電場時， 自由電子沿電場方向做加速運動，從而形成電流。按經典電子理論，自由電子在定向運動過程中，要不斷地與正離子發生碰撞，使電子受阻，這就是產生電阻的主要原因，電阻是由溫度引起的原子的熱振動及其他因素形成的晶格點陣的畸變造成的。量子自由電子理論認為，金屬每個原子的內層電子基本保持著單個原子時的能量狀態，而所有價 電子卻按量子化規律具有不同的能量狀態，即具有不同的能級。導電時受到加速度的電子僅是靠近費密能處的電子，即參與導電的電子不是全部價電子。電子具有波粒二重性，運動著的電子作為物質波，在金屬導體中，電子波受到了金屬離子熱振動造成的散射，也受到由於缺陷和雜質引起的晶格畸變造成的散射，電子運動受到了阻力，形成金屬導體的電阻。

厚膜型陶瓷溫度敏感材料

將具有感濕特性金屬氧化物微粒經過堆積、粘接而形成的材料稱之為陶瓷厚膜。用這種厚膜陶瓷材料製作的濕敏器件，一般被稱為厚膜型陶瓷濕敏器件或瓷粉型濕敏器件，以與薄膜(厚度一般在2～20μm範圍)相區別。例如CoO、CuO、ZnO及其混合體Cu₂O-Fe₂O₃、Mn₃O₄-TiO₂、SnO₂-Sb₂O₃、Cr₂O₃·Fe₂O等，其中比較典型且性能較好的是Fe₂O₃、Al₂O₃。厚膜型濕度敏感材料。厚膜型濕度敏感材料的理化性能比較穩定、器件結構比較簡單、測濕量程大、使用壽命長、成本低廉。