金属与合金

磁性材料

陶瓷传感器材料

有机传感器材料

半导体传感器材料

光纤传感器材料

传感器基础效应与相应的敏感材料

金属

铂丝：主要用于电阻温度计，依据其纯度，其物理特性不同。  

 铂的物理特性

铜：价格便宜，与温度有良好的线性关系，但电阻率较低，250度时有显著氧化，测量温度限制在-50~150度之间。

铜电阻标准分度表的整百度分度表

镍：一般工作温度为-60~300度，但因电阻系数在200度左右有异常点，所以有时将工作温度限制在-60~180度之间，其电阻温度系数大于铂。

  镍电阻的电阻标准值

合金

精密电阻器和调节器用合金：Cu-Mn系、Cu-Ni系、Ag-Mn基系、Au基、Ni-Cr系、Fe-Cr-Al系等。

要求：在工作温度范围内（-60~100度）有低电阻温度系数，且电阻温度系数的温度线性度好。电阻值稳定，年度内阻值变化小。电阻率高，且阻值均匀性好。一般要求大于0.2μΩ.m。对铜的热电动势小。良好的工艺性、机械性能、耐磨性、抗氧化性、易拉丝、易焊接。

 电阻应变计用合金：Cu基、Ni基、Fe基、贵金属等。   电阻应变计用合金分类

要求：具有高而稳定的电阻率，一般要求大于0.5μΩ.m。在工作温度范围内有低电阻温度系数，且与温度成线性。具有高应变灵敏度系数，在较大应变范围内为常数，不随温度变化。线膨胀系数应等于或高于待测元件的线膨胀系数。在工作温度下机械滞后小，疲劳强度高，弹性应变极限大，高温环境下抗氧化且蠕变小。冷加工性能好，易拉丝且合金丝具有塑性。

电热器用电阻合金及热敏电阻合金：CuNi合金如康铜合金，Ni基电热合金如NiCr合金、NiCrFe合金，Fe基合金如FeCrAl合金

要求：高温环境下的良好抗氧化性。 高电阻率和低电阻温度系数。工艺性能良好，易拉成丝材、轧制带材或绕制成各种形状的发热体。高温环境下具有承受高温应力的机械性能，使发热体不变形。价格低廉。

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磁性材料

磁致伸缩材料：主要用于水下通信和探测、金属探伤、疾病诊断等的音频和超音频声波发生器振子材料，以及滤波、稳频和力测量。主要材料有Ni(99.9%)、N50-Fe50(1J50)、Ni90-Co5、Co49-Fe49-V2(1J22)、Fe87-Al13(1J13)

金属磁致伸缩材料性能 

永磁铁氧体：具有亚铁磁性，晶体为六角晶系结构，具有高的磁晶各向异性，高矫顽力和低剩磁，工作温度为-40~85度。主要有钡铁氧体和锶铁氧体，典型成份分别为BaO.6Fe₂O₃  SrO.6Fe₂O₃，压制工艺是决定其性能的关键。此类材料不适于磁路磁通密度恒定性要求严格的环境、低温环境、冲击振动环境。

永磁铁氧体材料性能 

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陶瓷传感器材料

热敏陶瓷材料

 1、正温度系数NTC：热敏电阻的阻值对数在很宽的温度范围内会随温度的倒数成正比变化。大部分以CoO、NiO、MnO等过渡金属氧化物为主要材料，多数情况是由具有尖晶石型、岩盐型、黑锰矿型和方铁锰等晶型的化合物或其混合物组成。这类半导体电阻不受氧影响，空气中稳定性好，杂质影响小，工作温度范围：-20~300度。但由于其材料成份较复杂，较难薄膜化，但容易实现厚膜化。

热敏电阻材料特性  高温热敏电阻材料特性

2、负温度系数PTC：BaTiOx系半导体陶瓷热敏电阻材料属铁电系，介电常数高，居里点附件介电常数变化较大，并遵从居里-外斯定律，即介电常数倒数与温度成线性关系。在该系材料中掺入1、3、5、6价金属氧化物，则在居里点以下变为半导体，居里点以上变为高阻体。若Ba或Ti由2、4价金属置换（如Sr或Pb换Ba， Zr或Su换Ti），则可改变居里点。故可通过调配配方在希望温度范围内得到电阻率变化大的材料。不过这种材料的电阻率及其变化量斜率受原料、混合方法、烧结条件和气氛以及电极材料的影响，所以一般不用于制作高精度敏感元件，常用于制作起开关作用的控温元件件及电阻加热元件，因此兼有敏感、加热器、开关三个功能。

3、临界温度CTR：VO₂系定点热敏材料，实用温度为60~70度，或薄膜化或厚膜化，易氧化，电阻骤变温度小（+/-1度），可控精度高。VO₂在68度有一个相变点，由半导体变为金属导体，用其它金属置换V可改变相变点。利用这种现象制作的热敏电阻称为临界温度热敏电阻，用于检测特定温度的温变点，制作红外探测器和温度报警器

气敏材料

1、氧化物半导体：氧化物半导体在高温下遇还原性气体则电阻率发生变化。气体灵敏度随工作温度而改变，最高灵敏度温度值随制作条件、电极种类、厚膜、薄膜而变。掺入添加物可改变灵敏度，特别是催化活性贵金属会使灵敏度显著提高。但仅靠增加添加物来达到对特定气体选择性敏感则较困难。

氧化物半导体（厚膜）的气敏特性

2、氧敏材料：主要是离子导体ZrO₂、氧化物半导体及TiO₂，主要用于氧浓度的测量与控制，应用于汽车燃料喷射的自动控制系统等场合。

湿敏材料

1、过渡金属复合氧化物：材料电阻值对数随湿度的变化呈近似线性关系，以MnWO₄ 、NiWO₄和ZnCr₂O₄灵敏性最显著，一般需要补偿电路。

过渡金属复合氧化物陶瓷材料的感湿特性

2、其它湿敏材料：主要是利用自身电阻、谐振频率和电容等随湿度变化。如Fe₃O₄电阻变化、SiO₂谐振频率变化、Al₂O₃电容变化。

其它湿敏材料元件及特性

压力敏材料

主要是硅压力敏元件，利用硅膜上制成的扩散电阻受形变时发生的电阻值变化。另外还有一些金属薄膜及厚膜。

压敏材料性能   

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有机传感器材料

物理敏感元件的有机材料

化学敏感元件的有机材料

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半导体材料：

对于半导体材料来说，外部的作用能改变半导体内电子的运动状态和数目，即半导体中的电流会受到磁场、温度、电场、机械形变、光照、和放射线照射的影响，故可以将外部作用的大小转换成电信号，此即为半导体敏感元件的物理基础。

半导体材料物理特性

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光纤

光纤的形式：主要有三种，包括阶跃型、梯度型、单孔型。   

阶跃型：纤芯口径约为50~150μm，外径125~350μm，低损失,与光源的结合特性较好，但振型频差较大，适合于1km以下的短距离传输，可广泛用于光学计量等。

梯度型：纤芯口径50μm，外径125μm，低损失、宽频带，与光源的结合性稍差，但振型频差较小，适合于中、长距离的传输，如VHF的信号传输

单孔型：纤芯口径5~8μm，外径为125μm、低损失，宽频带，与光源的结合性较差，但由于有振型频差，故信号畸变小，适用于远距离传输。

光纤特性：

1、光纤的各种特理特性可用于相应的领域，如光纤的信号低损失性可用于长距离传输；高绝缘性可耐高电位差；对电磁噪声不敏感，耐浪涌、耐雷击；不可能非破坏连接，所以通信保密性好；光信号是低落能量，无放电性，防爆性好，所以在可燃性气氛中无须防爆栅；光纤为无机材料，耐腐蚀性气体、液体和气候变化；具有耐火性，火灾中仍保持功能；直径小，可挠性好，重量轻，可安装于狭缝或弯曲的地方。

2、光纤的机械强度与光纤芯径有关，而材料质量以及在外力作用下的弯曲半径。

3、光纤本身可耐高极高温度，但其使用温度要取决于外部起保护作用的涂覆层与套塑层，一般常用聚氯乙烯材料不高于80度，塑料光纤不具耐热性，在50度以上时即可能变色发黄而失效。而在低温环境中，只要包层能保持挠性则使用温度可低于-40度，但温度太低会使光纤失效。

4、光纤会因吸潮而受腐蚀，从而降低机械性能、增加传输损耗，其耐水性好坏取决于材料质量。

5、光纤的耐酸碱性能较差，在氟酸中会溶解

6、光纤的寿命受环境条件影响，且与受力状态有关。常规条件下及125MPa应力下，预期寿命可达10年。密封涂覆可延长寿命。

7、光纤的主要参数包括：光纤损耗，折射率分布，带宽（色散和基带频率响应），数值孔径，模场直径，截止波长，色散系数。

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传感器基础效应与相应的敏感材料