硫酸流量计，硫酸用什么流量计测量

简单的来说，硫酸流量计就是用来测量硫酸流量的仪表，硫酸流量计是一种电磁感应式流量仪表，它由传感器和智能信号转换器组成。

安装注意事项：

⑴尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备（如大电机、大变压器的等），以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。

⑵应尽量安装在干燥通风之处，不宜在潮湿、易积水的地方安装。

⑶应尽量避免日晒雨淋，避免环境温度高于60℃及相对湿度大于95%。

⑷选择便于维修，活动方便的地方。

⑸流量计应安装在水泵后端，决不能在抽吸侧安装；阀门应安装在流量下游侧。

目前一般实验室滴定分析采用的是人工滴定法，它是根据指示剂的颜色变化指示滴定终点，然后目测标准溶液消耗体积，计算分析结果。自动电位滴定法是通过电位的变化，由仪器自动判断终点。

所谓气体传感器是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的仪表。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。在电力工业等生产制造领域，也常用气体传感器定量测量烟气中各组分的浓度，以判断燃烧情况和有害气体的排放量等。在大气环境监测领域，采用气体传感器判定环境污染状况，更是十分普遍。

气体传感器的分类，从检测气体种类上，常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器；从仪表使用方法上，分为便携式和固定式；从获得气体样品的方式上，分为扩散式（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式（是指通过使用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）；从分析气体组分上，分为单一式（仅对特定气体进行检测）和复合式（对多种气体成分进行同时检测）；按传感器检测原理，分为热学式、电化学式、磁学式、光学式、半导体式、气相色谱式等。

热学式气体传感器

热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的，其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛（如H2、CO2、SO2、NH3、Ar等）。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸气、酒精以醚蒸气等。美国RAE Systems公司生产的FGM-3100催化燃烧式可燃气体检测仪，其采样方式为扩散式，检测精度达±2%满量程，响应时间＜15s。催化燃烧式气体传感器的主要优点是对所有可燃气体的响应有广谱性，对环境温度、湿度影响不敏感，输出信号近线性，且其结构简单，成本低。但其主要不足是精度低，工作温度高（内部温度可达700～800℃），电流功耗大，易受硫化物、卤素化合物等中毒的不利影响等。

电化学式气体传感器

电化学式气体传感器是利用被测气体的电化学活性，将其电化学氧化或还原，从而分辨气体成分，检测气体浓度的。较常见的电化学传感器类型有原电池型（其工作原理类似于燃料电池）、恒定电位电解池型（在电流强制作用下工作，属库仑分析类传感器）等。目前，电化学传感器是检测有毒、有害气体常见和成熟的传感器。其特点是体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。不足是易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。霍尼韦尔旗下的英国城市技术公司所生产的用于检测H 2 S的3HH电化学传感器，其测量范围0～50ppm，允许值500ppm，分辨率为0.1ppm，外形尺寸约为外径42mmX高18mm，其主要交叉干扰源有CO、SO2、NO、NO2、H2等。氧化锆氧量传感器是电化学式成分分析传感器中发展比较晚的一种，开始出现于20世纪60年代，其工作基理是根据浓差电池原理，通过测量待分析气体和参比气体因氧气浓度差异而导致的浓差电动势，来测量待分析气体中的含氧量。由于它具有结构简单、工作可靠、灵敏度高、稳定性好、响应速度快、安装使用方便等优点，因此发展较快。常应用于硫酸、空气分离、锅炉燃烧等多组分气体的氧量分析以及熔融金属的含氧测定等。

磁学式气体分析传感器

在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量仪表。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。其典型应用场合有化肥生产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。

光学式气体传感器

光学式气体传感技术是起步较晚，但发展快的技术之一。工业中常用的类型有红外线气体分析仪、紫外线分析仪、光电比色式分析仪、化学发光式分析仪、光散射式分析仪等。

红外线式的工作原理是利用被测气体的红外吸收光谱特征或热效应而实现气体浓度测量的，常用光谱范围1～25μm，常用的类型有DIR色散红外线式和NDIR非色散红外线式。日本岛津所生产的SOA-307/307Dx二氧化硫连续分析仪，测量方法是采用单光源双光柱非色散红外线吸收法，即通过向被测气体辐射宽带红外线并用波长选择检测器来选择指定频带，以此来测量SO2特定波长红外线辐射的吸收，其测量范围为小0～100ppm，可达0～1vol%。

常用的紫外线分析仪有不分光紫外线分析仪和紫外荧光式分析仪，前者与红外线吸收原理类似，也是基于实测气体对紫外线选择性地吸收，其吸收特性也遵守比尔定律，所使用的紫外波长范围是200～400nm。后者如紫外荧光式SO2分析仪，是一种干法式分析仪，工作原理是基于SO2分子接受紫外线能量成为激发态的SO2分子，在返回稳态时产生特征荧光，其发出的荧光强度与SO2浓度成正比。紫外荧光式可做到不破坏样品而连续自动测量大气中的SO2含量。其灵敏度可达测量范围的0～2×10 -7 ，稳定性可做到在24h的漂移为满刻度的±2%，重复性达±2%满刻度，且共存的背景气体对测量的影响较小，具有寿命长，维修工作量小的显著优点。

光电比色式是基于比尔定律实现自动光电比色测量的，其适用的分析对象有SO2、NO、碳氢化合物、卤素化合物等。

化学发光式分析仪是利用化学氧化反应伴有的光热生成原理而工作，常用的化学发光式分析仪有臭氧分析仪（利用O3-C2H4产生化学发光反应所放出的光子来测定臭氧）和化学发光式NO X 分析仪（利用O3的强氧化作用，使NO与O3发生化学发光反应来实现测量）。

光散射式分析仪是利用光束与气体中的颗粒相互作用产生散射（前散射、边散射、后散射）来进行气体浊度或不透明度测量的，是环境排放监测中常用的分析仪表之一。

半导体式气体传感器

半导体式气体传感器是根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理）等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。具有结构简单、检测灵敏度高、反应速度快等诸多实用性优点，但其主要不足是测量线性范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。

气相色谱式分析仪

气相色谱式分析仪是基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析仪表。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。

浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。

质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。其中TCD检测器、HCD检测器属于浓度型，FLD检测器、FPD检测器属于质量型。TCD检测器是应用早且广的通用性检测器，具有灵敏度适宜，通用性强，稳定性好、结构简单的特点。FLD检测器对大多数有机化合物具有很高的灵敏度，一般比TCD灵敏度约高3～4个数量级，能检测至ppb级的痕量物质，且响应速度快。HCD检测器是一种具有选择性的高灵敏度检测器，对电负性物质具有非常高的灵敏度，其灵敏度比FID还要高出2～3个数量级。FPD广泛用于SO2 、H2 S等的分析。

总之，气相色谱仪的主要优点是灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。缺点是定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。目前已有采用计算机控制仪表系统的操作和进行数据运算的气相色谱仪，并可进行组分越限报警，还具有自动检查仪表故障等功能。（end）

传感器，英文名称为transducer/sensor，是一种检测装置，国家标准GB7665-87对其的定义为：能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件构成。传感器可完成信息的传输、处理、存储、显示、记录、控制等多重要求，具有微型化、数字化、智能化等多种功能，是实现自动化的第一环。

传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路、辅助电源四部分构成，如下图所示。其中，敏感元件直接接收测量，用于输出被测量有关的物理量信号，敏感元件主要包括热敏、光敏、湿敏、气敏、力敏、声敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大类转换元件用于将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号

传感器按应用分类：

压力传感器、温湿度传感器、温度传感器、流量传感器、液位传感器、超声波传感器、浸水传感器、照度传感器、差压变送器、加速度传感器、位移传感器、称重传感器。

所以不能用传感器测土壤中氮磷钾的含量。

二、测土壤中氮磷钾的含量的方法

土壤中氮、磷、钾分别用凯氏蒸馏法、紫外分光法、火焰光度法测，用到的仪器分别是凯氏定氮仪、紫外分光光度计、火焰光度计、土壤养分速测仪发。

第1次实验中，混合物不足，硫酸过量，生成0.03molSO2，说明亚硫酸钾和亚硫酸氢钾共有0.03mol。

第3次实验中，则是硫酸不足，混合物完全，会有亚硫酸氢钾不反应，生成0.03molSO2，说明亚硫酸钾和亚硫酸氢钾共有0.03mol。

大气二氧化硫的测定

一、甲醛缓冲溶液吸收－盐酸副玫瑰苯胺分光光度法（

A

1

）

1

实验目的

1.1

掌握本方法的基本原理

1.2

巩固大气采样器及吸收液采集大气样品的操作技术。

1.3

学会用比色法测定

SO

2

的方法。

2

实验原理

二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲磺酸加成化合物。在样品溶液

中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的二氧化硫与盐酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，

生成紫红色化合物，根据颜色深浅，用分光光度计在

577nm

处进行测定。

本方法的主要干扰物为氮氧化物、臭氧及某些重金属元素。加入氨磺酸钠可消除氮

氧化物的干扰；采样后放置一段时间可使臭氧自行分解；加入磷酸及环己二胺四乙酸二

钠盐可以消除或减少某些金属离子的干扰。在

10mL

样品中存在

50µ

g

钙、镁、铁、镍、

锰、铜等离子及

5µ

g

二价锰离子时不干扰测定。

本方法适宜测定浓度范围为

0.003

～

1.07mg/m

3

。最低检出限为

0.2µ

g/10mL

。当用

10mL

吸收液采气样

10L

时，最低检出浓度为

0.02mg/m

3

；当用

50mL

吸收液，

24h

采气

样

300L

取出

10mL

样品测定时，最低检出浓度为

0.003mg/m

3

。

3

实验试剂

除非另有说明，

分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂和蒸馏水或同等纯度的水。

3.1

氢氧化钠

(NaOH)

溶液，

1.5mo1/L

称取

60g NaOH

溶于

1000mL

水中。

3.2

环已二胺四乙酸二钠

(CDTA-2Na)

溶液，

0.05mo1/L

称取

1.82g

反式

1

，

2-

环已二胺四乙酸

[(trans-l

，

2-cyclohexylenedinitrilo)tetra-acetic acid,

简称

CDTA]

，加入氢氧化钠溶液

(3.1)6.5mL

，用水稀释至

100mL

。

3.3

甲醛缓冲吸收液贮备液：

1

（

A

）本方法与

GB/T15262

－

94

等效。

吸取

36

％～

38

％甲醛溶液

5.5mL

，

CDTA-2Na

溶液

(3.2)20.00mL

；称取

2.04g

邻苯二甲

酸氢钾，溶于少量水中；将三种溶液合并，再用水稀释至

100mL

，贮于冰箱可保存

1

年。

3.4

甲醛缓冲吸收液

用水将甲醛缓冲吸收液贮备液

(3.3)

稀释

100

倍而成。临用现配。

3.5

氨磺酸钠溶液，

6g/L

称取

0.60g

氨磺酸

(H

2

NS0

3

H)

置于

100mL

容量瓶中，加入

4.0mL

氢氧化钠溶液

(3.1)

，

用水稀释至标线，摇匀。此溶液密封保存可用

10

天。

3.6

碘贮备液，

C(1/2I

2

) =0.1mol/L

称取

12.7g

碘

(I

2

)

于烧杯中，加入

40g

碘化钾

(KI)

和

25mL

水，搅拌至完全溶解，用水

稀释至

1000mL

，贮存于棕色细口瓶中。

3.7

碘溶液，

C(1/2I

2

)

＝

0.05mol/L

量取碘贮备液

(3.6)250mL

，用水稀释至

500mL

，贮于棕色细口瓶中。

3.8

淀粉溶液，

5g/L

称取

0.5g

可溶性淀粉，用少量水调成糊状，慢慢倒入

100mL

沸水中，继续煮沸至溶

液澄清，冷却后贮于试剂瓶中。临用现配。

3.9

碘酸钾标准溶液，

C(1/6KIO

3

)

＝

0.1000mol/L

。

称取

3.5667g

碘酸钾

（

KIO

3

优级纯，

经

110

℃干燥

2h

）溶于水，移入

1000m1

容量瓶

中，用水稀释至标线，摇匀。

3.10

盐酸溶液，

(1

＋

9)

量取

1

份盐酸（

HCl

）和

9

份水混合均匀。

3.11

硫代硫酸钠

(Na

2

S

2

O

3

)

贮备液，

0.10mol/L

。

称取

25.0g

硫代硫酸钠

(Na

2

S

2

O

3

·

5H

2

O)

，溶于

1000mL

新煮沸但已冷却的水中，加入

0.2g

无水碳酸钠，贮于棕色细口瓶中，放置一周后备用。如溶液呈现混浊，必须过滤。

3.12

硫代硫酸钠

(Na

2

S

2

O

3

)

标准溶液，

0.05mol/L

。

取

250mL

硫代硫酸钠贮备液

(3.11)

置于

500mL

容量瓶中，用新煮沸但已冷却的水稀

释至标线，摇匀。

标定方法：吸取三份

10.00mL

碘酸钾标准溶液

(3.9)

分别置于

250mL

碘量瓶中，加

70mL

新煮沸但已冷却的水，

加

1g

碘化钾，

振摇至完全溶解后，

加

10mL

盐酸溶液

(3.10)

，

立即盖好瓶塞，摇匀。于暗处放置

5min

后，用硫代硫酸钠标准溶液

(3.12)

滴定溶液至浅

黄色，加

2mL

淀粉溶液

(3.8)

，继续滴定溶液至蓝色刚好褪去为终点。硫代硫酸钠标准溶

液的浓度按式

(1)

准确计算：

C

＝

v

10.00

0.1000



（

1

）

式中：

C

—

—

硫代硫酸钠标准溶液的浓度，

mol/L

；

V

—

—

滴定所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，

mL

。

3.13

乙二胺四乙酸二钠盐

(EDTA-2Na)

溶液，

0.5g/L

称取

0.25g EDTA[

－

CH

2

N(CH

2

COONa)CH

2

COOH]

2

·

H

2

O

溶于

500mL

新煮沸但已冷却的水

中。临用现配。

3.14

二氧化硫标准待标液。

称取

0.200g

亚硫酸钠

(Na

2

SO

3

)

，

溶于

200mL EDTA·

2Na

溶液

(3.13)

中，

缓缓摇匀以防

充氧，使其溶解。放置

2

～

3h

后标定。此溶液每毫升相当于

320

～

400µ

g

二氧化硫。

3.15

标定方法

吸取三份

20.00mL

二氧化硫标准待标液

(3.14)

，

分别置于

250mL

碘量瓶中，

加入

50mL

新煮沸但已冷却的水，

20.00mL

碘溶液

(3.7)

及

1mL

冰乙酸，

盖塞，

摇匀。

于暗处放置

5min

后，

用硫代硫酸钠标准溶液

(3.12)

滴定溶液至浅黄色，

加入

2mL

淀粉溶液

(3.8)

，

继续滴定

至溶液蓝色刚好褪去为终点。记录滴定硫代硫酸钠标准溶液的体积

V

，

mL

。

另吸取三份

EDTA-2Na

溶液

(3.13)20mL

，用同法进行空白试验。记录滴定硫代硫酸

钠标准溶液

(3.12)

的体积

V

0

，

mL

。

平行样滴定所耗硫代硫酸钠标准溶液体积之差应不大于

0.04mL

。取其平均值。二氧

化硫标准溶液浓度按式

(2)

计算：

C

＝

1000

20.00

32.02

C

V)

-

Vo

(

)

3

2

2

(Na







O

S

（

2

）

式中：

C

—

—

二氧化硫标准待标液的浓度，

µ

g/mL

；

V

0

——

空白滴定所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积平均值，

mL

；

V

——

二氧化硫标准待标液滴定所耗硫代硫酸钠标准溶液的体积平均值，

mL

；

C

(Na2S2O3)

——

硫代硫酸钠标准溶液

(3.12)

的浓度，

mol/L

；

32.02

——

二氧化硫

(1/2SO

2

)

的摩尔质量。

3.16

二氧化硫的标准溶液贮备液

标定出二氧化硫标准待标液（

3.14

）

的准确浓度后，

立即用吸收液

(3.4)

稀释为每毫升

含

10.00µ

g

二氧化硫的标准溶液贮备液，可稳定

6

个月。

2 ：

固定污染源废气-二氧化硫测定方法建议

固定源废气中二氧化硫的检测方法主要有：碘量法、定电位电解法、非分散红外吸收法，目前，环境监测部门对烟道内二氧化硫浓度的测定普遍采用定电位电解法来完成。其主要原理是二氧化硫气体在传感器的电解槽内发生氧化还原反应，通过产生的扩散电流确定二氧化硫浓度，此方法快捷、简便，但准确程度却受到多方面因素影响。 一、定电位电解法的工作原理

烟气中SO2 扩散通过传感器渗透膜，进入电解槽，在定电位电极上发生氧化还原反应：

SO2 ＋ 2H2O ＝ SO4-2 ＋ 4H+ ＋ 2e

由此产生极限扩散电流i，在一定范围内，其电流大小与SO2浓度成正比。即：

在规定工作条件下，电子转移常数Z、法拉第常数F、扩散面积S、扩散系数D 和扩散层厚度δ 均为常数，所以SO2 浓度由 极限电流i 决定。 二、 影响因素

影响SO2检测结果的主要因素：湿度、负压、干扰气体，其中干扰气体主要有：HF、H2S、NH3 、NO2、CO，其中CO对SO2检测结果的干扰最大。关于CO气体对SO，传感器的正干扰，国外传感器技术说明书指出：在300 ppm(375 mg／m³ )CO标气作用下，SO：输出“交叉干扰”值<5 ppm(14 mg／m³ )但固定污染源排放烟气中，CO的含量往往大于

void function(e,t){for(var n=t.getElementsByTagName("img"),a=+new Date,i=[],o=function(){this.removeEventListener&&this.removeEventListener("load",o,!1),i.push({img:this,time:+new Date})},s=0s<n.lengths++)!function(){var e=n[s]e.addEventListener?!e.complete&&e.addEventListener("load",o,!1):e.attachEvent&&e.attachEvent("onreadystatechange",function(){"complete"==e.readyState&&o.call(e,o)})}()alog("speed.set",{fsItems:i,fs:a})}(window,document)

375 mg／m³ 、甚至远远大于375 mg／m³。从检测的数据中，有的CO浓度超过10 000 mg／m³。这种情况下，由于CO的存在导致SO：传感器显示的浓度比实际值增加，不能忽略不计了。CO与SO2在检测过程中的对比图如下：

从对比图可以看出一氧化碳对二氧化硫浓度测试的影响值是正值，影响率在3％左右。一般情况下，有燃烧过程的烟道排气中都含有不同浓度的一氧化碳气体，并随着工况的改变而改变。比如，锅炉在正常情况下，一氧化碳的浓度值差别也很大，从零到几千毫克／标立方米不等，所以对二氧化硫的干扰也从零到几十毫克，标立方米不等，正常情况下，目前所用烟气分析仪可以通过软件扣除一氧化碳对二氧化硫浓度的影响值，但在一氧化碳浓度波动很快的情况下，生物质锅炉在给料过多、配风过小、压负荷的情况下，一氧化碳浓度可以在这极短的时间内迅速从0上升到几万毫克，标立方米，这时仪器的软件

var cpro_psid ="u2572954"var cpro_pswidth =966var cpro_psheight =120

则不能准确快速跟踪扣除干扰值，故此时二氧化硫的测量值则偏差极大，表2所列为几种不同浓度的一氧化碳气体对二氧化硫传感器的干扰数值。

三、碘量法检测原理

烟气中的SO2被氨基磺酸铵混合溶液吸收，用碘标准溶液滴定。按滴定量计算SO2的浓度，反应式如下：

四、非分散红外吸收法工作原理

二氧化硫气体在6.82～9μm波长红外光谱具有选择性吸收，一束恒定波长为7.3μm的红外光通过二氧化硫气体时，其光通量的衰减与二氧化硫的浓度符合朗伯-比尔定律。

综上所述，由于二氧化硫电化学传感器自身性能原因，不可避免地受到诸多因素干扰，所以在生物质锅炉SO2检测过程中建议采用碘量法或非分散红外吸收法减少CO对SO2检测值得干扰。 参考资料：

《国家环境保护总局标准固定污染源排气中二氧化硫的测定-定电位电解法》HJ/T57-2000

其工作过程是：首先由光学系统将被测物体成象在CCD的受光面上，受光面下的许多光敏单元形成了许多象素点，这些象素点将投射到它的光强转换成电荷信号并存储。然后在时钟脉冲信号控制下，将反映光象的被存储的电荷信号读取并顺序输出，从而完成了从光图象到电信号的转化过程。CCD传感器由MOS电容组成，金属和Si衬底是电容器两极，SiO2为介质。在金属栅上加正向电压UG，Si中的电子被吸引到衬底和SiO2的交界面上，空穴被排斥，于是在电极下形成一个表面带负电荷的耗尽区。

1.CCD的基本结构和原理

CCD的基本结构，是在N型或P型硅衬底上生成一层厚度约120nm的二氧化硅层，然后在二氧化硅层上依一定次序沉积金属电极，形成MOS电容器阵列，最后加上输入和输出端便构成了CCD器件。CCD的工作原理是建立在CCD的基本功能上，即电荷的产生、存储和转移。

（1）电荷的产生、存储 构成CCD的基本单元是MOS电容器，结构中半导体以P型硅为例，金属电极和硅衬底是电容器两极，SiO2为介质。在金属电极（栅极）上加正向电压 G时，由此形成的电场穿过SiO2 薄层，吸引硅中的电子在Si―SiO2的界面上，而排斥Si－SiO2界面附近的空穴，因此形成一个表面带负电荷，而里面没有电子和空穴的耗尽区。与此同时，Si－SiO2界面处的电势（称表面势 S）发生相应变化，若取硅衬底内的电位为零，表面势 S的正值方向朝下，如图1-45b所示。当金属电极上所加的电压 G超过MOS晶体上开启电压时，Si－SiO2界面可存储电子。由于电子在那里势能较低，可以形象地说，半导体表面形成了电子势阱，习惯称贮存在MOS势阱中的电荷为电荷包。图示

当光信号照射到CCD硅片表面时，在栅极附近的耗尽区吸收光子产生电子--空穴对。这时在栅极电压 G的作用下，其中空穴被排斥出耗尽区而电子则被收集在势阱中，形成信号电荷存储起来。如果 G持续时间不长，则在各个MOS电容器的势阱中蓄积的电荷量取决于照射到该点的光强。因此，某MOS电容器势阱中蓄积的电荷量，可作为该点光强的度量。

（2）电荷包的转移

若MOS电容器之间排列足够紧密（通常相邻MOS电容电极间隙小于3μm），使相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合，那么就可使信号电荷（电子）在各个势阱中转移，并力图向表面势 S最大的位置堆积。因此，在各个栅极上加以不同幅值的正向脉冲 G，就可改变它们对应的MOS的表面势 S，亦即可改变势阱的深度，从而使信号电荷由浅阱向深阱自由移动。三个MOS电容器在三相交迭脉冲电压作用下，其电荷包耦合转移过程如图所示。

（3）电荷的输出（检测） CCD中电荷信号的输出方式有多种方法，浮置扩散放大器输出结构　如图所示。

2.CCD的应用

二、光纤传感器

光纤传感器以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的传感器。按光纤的作用，光纤传感器可分为功能型和传光型两种。功能型光纤传感器既起着传输光信号作用，又可作敏感元件；传光型光纤则仅起传输光信号作用。

1.光纤结构及传光原理

光纤一般为圆柱形结构，由纤芯、包层和保护层组成。纤芯由石英玻璃或塑料拉成，位于光纤中心，直径为5~75μm；纤芯外是包层，有一层或多层结构，总直径在100~200μm左右，包层材料一般为纯SiO2中掺微量杂质，其折射率 2略低于纤芯折射率 1；包层外面涂有涂料（即保护层），其作用是保护光纤不受损害，增强机械强度，保护层折射率 3远远大于 2。这种结构能将光波限制在纤芯中传输。全反射原理　 光纤传播原理

2.光纤传感器的应用

1.记数装置　2.液位控制装置

3.光纤位移传感器 4.反射型光纤传感器

5.受抑全内反射型传感器 6.棱镜式全内反射型传感器

三、非晶态合金传感器

非晶态合金是70年代末发展起来的一种新型材料，具有非常独特的微观结构，其原子排列无规则，即长程无序；而邻近原子的数目和排列有规则，即短程有序；它没有晶态合金中常见的晶界缺陷，但整体上又有很高的缺陷密度，达10/以上。这种结构使得非晶态合金具有许多优异特性，而成为新一代功能材料，在电子、电力和机械等领域得到日益广泛的应用。

非晶态合金作为传感器的敏感材料，完成转换功能多与物理现象有关，属于物理敏感材料。目前发现它最主要的敏感功能是机械量、电学量和磁学量三者之间的相互转换及相互影响。

1.磁--机变换功能与传感器

磁致伸缩效应是用磁化使试件产生机械应变。铁基非晶态合金薄带具有高磁致伸缩特性，与光纤结合构成光纤Mach - Zehnder干涉型弱磁场传感器。除磁场检测外，可用非晶态合金磁致伸缩效应检测温度、距离和物位等物理量。

逆磁致伸缩效应是试件受机械应力后其磁化状态会发生变化。利用此效应可检测应力、应变、扭矩、冲击、声音、压力和振动等。

典型力传感器结构如图所示。图中非晶态合金做成电感线圈磁芯，当磁芯应力变化时，非晶态合金磁化率会发生变化，以致线圈电感发生变化，其电感量L与应力 有一定关系。

压力传感器　张力传感器

2.磁--电变换功能与传感器

非晶态合金的磁--电变换功能，主要指利用非晶态合金的物理效应将磁场参数变化转换成电量的功能。主要物理效应有电磁感应、霍尔效应和磁阻效应等。

电磁感应用法拉第电磁感应定律描述。设有一个磁感应强度为 的磁芯，其上绕有匝数为 N 的线圈，则线圈会感应出电动势式中

--穿过线圈的磁通量；

--磁芯的截面积；

--磁芯导磁率；

--磁场强度。

由上式可见：在恒定磁场偏置下，通过逆磁致伸缩效应把应力的变化转换成导磁率 的变化，再通过电磁感应转换成电动势变化，可做成力传感器；若材料导磁率 不随时间变化，可用来检测磁场变化，做成磁场传感器。

四、智能传感器

到目前为止，还尚未有统一的智能传感器定义。一般认为：传感器与微处理器结合并赋予人工智能的功能，又兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器。