检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第八章 气敏传感器.pptVIP

第八章 气敏传感器 烧结型SnO2气敏元件是表面电阻控制型气敏元件。 三、气敏电阻的特性 1．初期恢复特性：气敏元件在短期不通电状态下存放后，再通电时，其不能马上正常工作，其阻值会先有一个急剧变化，然后逐渐趋于稳定值。气敏元件的这种特性称为初期恢复特性，一般用初期恢复时间来进行衡量。 所谓初期恢复时间即气敏元件从通电开始到元件阻值达到稳定所用的时间。初期恢复时间与元件种类、存放时间和存放环境有关。 2．初期稳定特性：电阻式气敏元件长时间不通电存放，其阻值将比初始稳定值要高20％左右。通电开始到一定时间后，元件电阻才恢复到初始时电阻值并稳定下来。 一般将通电开始到元件阻值达到稳定的时间，称为初期稳定时间，用以表示气敏元件的初期稳定性。 3．灵敏度特性：气敏元件输出电阻值与待测气体浓度之间的关系曲线为气敏元件的浓度特性，对应于曲线上某点的斜率大小即代表气敏元件的灵敏度。虽然元件的灵敏度特性随待测气体的不同而异．但元件的电阻值与待检测气体浓度一般具有如下关系： 4．选择性:它反映元件对待测或共存气体相对灵敏度的大小。由于气敏半导体对于各种还原性气体的灵敏度很接近，故在元件制作过程中需采用不同的方法，并选择恰当的工作温度，以满足不同应用场合的需要。 5．时效性和互换性: 电阻式气敏元件由于在较高温度等恶劣环境下长期使用后，会造成气敏特性漂移；同时传统元件参数性能分散，互换性差，会对实用带来很大不便。一般用时效性来表征元件气敏特性稳定程度的时间；而用互换性来表征同一型号元件之间气敏特性的一致性。 6．环境依赖性: 环境对元件特性的影响主要有两种：其一为待测气体的温度或湿度引起气体浓度变化造成的；其二是由于环境的温度或湿度变化造成元件特性漂移造成的。因此，在元件使用过程中需采用特定电路对输出值进行修正或补偿，也可以在芯片上集成温敏、湿敏等元件来实现自身补偿，以便克服环境造成的不利影响 气敏电阻外形 酒精传感器 酒精测试仪 呼气管 家庭用煤气报警器 家庭用液化气报警器 * 气敏传感器 半导体气敏传感器 固体介质气敏传感器 浓差电池型气敏传感器 混合电位型气敏传感器 。。。。。。。。。。。。。 电阻式：电阻率变化 （常用、重点介绍） 薄膜型 烧结型 非电阻式：功函数变化 厚膜型 电阻式（气敏电阻）：电阻率变化 （常用、重点介绍） 结构简单，信号处理简单，灵敏度高、响应速度 薄膜型：在绝缘衬底上蒸发或溅射上一块氧化物半导体薄膜（厚度一般为数微米）制成 烧结型：将敏感材料及掺杂剂用传统制陶的方法进行烧结。 非电阻式：功函数变化 厚膜型：半导体氧化物粉末、添加剂、粘合剂和载体混合配成浆料，再用丝网印刷的方法将浆料印到基片上，形成厚度为数微米到数干微米的厚膜 亦批量生产 有前途 半导体气敏传感器  气敏电阻 主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。 金属氧化物半导体分N型半导体（氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等）和P型半导体（氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等） 一、半导体气敏电阻的工作原理 半导体气敏电阻是用氧化锌、氧化锡等金属氧化物材料制作的敏感元件，当被气体吸附时这些材料的电阻率会发生变化，利用这个原理可以制成气敏元件和气敏传感器----通过电阻率变化监视气体浓度。 气敏电阻的检测灵敏度受温度影响很大，在常温下输出信号微弱，升温后电导率变化明显。 提高对某些气体成分的选择性和灵敏度的方法：（1）渗入微量的铂、银、金等元素；（2）使用金属盐类催化剂。 低 温 高 温 低温 高温 加热电路 测量 电 路 气 敏 元 件 注意：气敏元件要加温使用！ （一）氧化锡系气敏电阻 该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加, 在100~300℃范围内电导率变化很大。 二、常用气敏电阻 SnO2 加热丝兼电极2 加热丝兼电极1 SnO2 加热丝 引线2 引线1 电极1 电极2 SnO2 薄膜 电极1 电极2 加热1 加热2 网罩 电极1 电极 SnO2 加热 陶瓷座 电线引脚 整体结构 （二）氧化锌系气敏电阻 圆形绝缘基板 ZnO涂层 电极 加热丝 催化剂 隔膜 图2-15半导体气敏电阻的传感特性示意图 （三）氧化铁系气敏电阻 r-Fe203 加热丝 r-Fe203 双层网罩 加热 电极 加热 电极 气敏元件 电极 式中Rs——元件阻值； c——气体浓度； m、n——常数，m代表元件对于气体浓度变化的敏感性，又称为气体分离能，对于可燃性气体． m 介于 1/2一1/3， n与检测气体灵敏度有关 其他可燃性气体传感器 四、气敏电阻的应用 （一）气敏电阻检漏报警器 预热 开关 工作 开关 气敏 电阻