化学物质传感器研讨.ppt

学习目的 主要内容 9.1 气敏传感器 9.1.1 气敏传感器的分类 9.1.2 电阻型半导体气敏传感器 电阻型半导体气敏传感器是利用气体在金属氧化物半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化的原理来制作的。 1．烧结型 气敏元件 旁热式 气敏元件 2．厚膜型 气敏元件 3．薄膜型 SnO2 气敏元件 由于烧结型SnO2气敏元件的工作温度约300℃，此温度下贵金属与环境中的有害气体(如SO2 之类)作用会发生“中毒”现象，使其活性大幅度下降，因而造成气敏元件的气敏性能下降，长期稳定性、气体识别能力等降低。 薄膜型SnO2 气敏元件的工作温度较低(约为250 ℃)，并且这种元件具有很大的表面积，自身的活性较高，本身气敏性很好；催化剂“中毒”不十分明显。 9.1.4 气敏传感器的应用 1. 简易家用气体报警 酒精测试仪 呼气管 家庭用液化气报警器 一氧化碳传感器 汽车尾气分析 9.2 湿度传感器 湿度的检测与控制在工业、农业、气象、医疗以及日常生活中的地位越来越重要。 例如:许多储物仓库在湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象；居室的湿度希望适中；而纺织厂要求车间的湿度保持在60－70％RH；在农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。 9.2.1 湿度的表示方法 1. 绝对湿度 所谓绝对湿度就是在一定温度和压力条件下，单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度。一般用一立方米空气中所含水蒸气的克数表示，即为 2. 相对湿度 3. 露点 9.2.2 湿度传感器的分类 湿敏元件是最简单的湿度传感器。产品的基本形式都是在基片上涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。 1. 湿敏电阻 2. 湿敏电容 当环境湿度发生改变时，湿敏电容极间介质的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。 9.2.3 电阻式湿度传感器 2．陶瓷湿敏传感器 半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属氧化物半导体在高温1300℃下烧结成多孔陶瓷。 正特性湿敏半导体陶瓷 涂覆膜型的湿敏元件 3．高分子电阻式湿度传感器 高分子结构效应型湿度传感器 9.2.4 电容式湿度传感器 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，高分子电容式湿度传感器基本上是一个电容器。在高分子薄膜上的电极是很薄的金属微孔蒸发膜，水分子可通过两端的电极被高分子薄膜吸附或释放，随着水分子被吸附或释放，高分子薄膜的介电系数将发生相应的变化。 9.2.5 湿度传感器的应用 露点传感器外形 湿度是表示空气中水蒸气的含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。 待测空气中水蒸气质量 待测空气的总体积 绝对湿度（g/m3） 相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压（P）和同温度下饱和水蒸气的分压（Pmax）的百分比，即 通常，用％RH表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也发生变化。 显然，绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用更广泛。日常生活中所说的空气湿度，实际上就是指相对湿度而言。 温度 在一定大气压下，将含水蒸气的空气冷却，当降到某温度时，空气中的水蒸气达到饱和状态，开始从气态变成液态而凝结成露珠，这种现象称为结露，此时的温度称为露点或露点温度。如果这一特定温度低于0℃，水气将凝结成霜，此时称其为霜点。通常对两者不予区分，统称为露点，其单位为℃。 湿敏元件根据工作方式的不同 电阻式 电容式 湿敏元件是指对环境湿度具有响应或转换成相应可测信号的元件 湿度传感器是由湿敏元件及转换电路组成的，具有把环境湿度转换为电信号的能力。 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。 湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差. 湿敏电阻的种类 金属氧化物湿敏电阻 硅湿敏电阻 碳湿敏电阻 氯化锂湿敏电阻 陶瓷湿敏电阻 高分子湿敏电阻 湿敏电容的主要优点是：灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。 按照极间介质的不同，湿敏电容分为 有机高分子 陶瓷材料 除电阻式、电容式湿敏元件之