第十一章 气体传感器.ppt

第11章 气体传感器 11.1　热导式气体传感器 11.2　接触燃烧式气敏传感器 11.3　半导体气体传感器 11.4　红外气体传感器 11.5　湿式气体传感器 11.1　热导式气体传感器 1．原理 不同种类、不同浓度的气体，其热导率不同，在同样的加热条件下，其温度也不同，进而气敏元件电阻不同。 2．测量电路 直流电桥电路 11.1　热导式气体传感器 3．种类 热线式（金属电阻丝）气敏传感器 热敏电阻式气敏传感器 4．应用 真空测量 可燃性气体的测量和报警 11.2　接触燃烧式气敏传感器 1.结构原理 ?R=??T=?H/h=???/h 11.2　接触燃烧式气敏传感器 2.测量电路 直流电桥电路，工作电流100~200mA 3.应用 检测可燃性气体 11.3　半导体气体传感器 11.3.1 半导体气体传感器及其分类 原理 金属氧化物半导体陶瓷气敏材料与被测气体接触，由于气体的吸附，引起材料电学性能的变化，以此检测特定气体及其浓度。 分类 电阻型：表面控制型；体控制型； 非电阻型：二极管整流特性型；晶体管特性性；（都属于表面控制） 11.3　半导体气体传感器 11.3.2 主要特性及其改善 1.气体选择性及其改善 气体选择性：对不同气体的敏感特性。 改善方法：掺杂（氧化物或添加物）； 控制气敏元件的烧结温度； 改善气敏元件工作时的加热温度。 2.气体浓度特性 气体传感器的输出量与被测气体浓度之间的关系，这是气体传感器的基本特性。 11.3　半导体气体传感器 3.初始稳定、气敏响应和复原特性 任何半导体气敏元件内部均有加热丝，一方面用来烧灼元件表面油垢或污物，其次是用来加速元件对被测气体的吸、脱作用，加热温度一般为200~400℃。 11.3　半导体气体传感器 初始稳定：加热 　稳定电阻输出特性（过渡时间和稳定电阻值）； 气敏响应：气敏元件接触被测气体 　电阻值变化（过渡过程的时间）； 复原性：测试结束 　电阻值复原到洁净空气中保存状态的固有电阻值(Ra=103~105?)的时间。 11.3　半导体气体传感器 4.灵敏度的提高与稳定性改善 添加金属或金属氧化物材料的催化作用来提高灵敏度。 添加“融剂”和“缓融剂”，控制气敏材料的烧制过程，可以改善其稳定性。 5.温度、湿度的影响及其它问题 环境温、湿度对气敏元件的气敏特性有影响（见图11-7），气敏元件的加热丝电压决定元件的工作电流，也会影响元件的气敏特性。 11.3　半导体气体传感器 11.3.3 电阻式半导体气体传感器(气敏电阻) 1、表面控制型气敏电阻 利用半导体材料表面吸附气体引起气敏元件电阻值变化的特性制成。主要用于检测可燃性气体。半导体材料多数采用SnO2和ZnO等难还原的氧化物。 结构和电阻特性 : 多孔质烧结体敏感元件； 薄膜敏感元件； 厚膜敏感元件； 多层结构敏感元件。 11.3　半导体气体传感器 11.3　半导体气体传感器 2．传感器类型 氧化锡类气体传感器 敏感元件主要类型是烧结体，薄膜，厚膜 氧化锌及其它类气体传感器 与SnO2类相比，工作温度范围高出100?C 工作原理 表面控制型气体传感器，其半导体气敏材料表面吸附有气体时，则半导体和吸附的气体之间会有电子的施受发生，造成电子的迁移从而形成表面电荷层，最终引起元件电阻值的变化。 11.3　半导体气体传感器 3.体控制型气敏电阻 三氧化二铁类气体传感器 钙鈦矿类气体传感器 燃烧控制用气体传感器 11.3　半导体气体传感器 11.3.4 非电阻式半导体气体传感器 1.二极管气体传感器 如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气体又对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则其整流特性会变化。 11.3　半导体气体传感器 2.MOS二极管气体传感器 钯—MOS二极管敏感元件结构 钯—MOS二极管敏感元件的 　C-U特性 检测原理：利用MOS 　二极管的C-U特性检测H2 11.3　半导体气体传感器 3.MOS场效应晶体管气体传感器 结构： 检测原理：MOS场效应晶体管漏极 电流ID由栅压控制，将栅极与漏极 短路，在源极与漏极之间加电压， 则ID=?(U?UT)2 11.3.5 半导体气体传感器的应用 半导体气体传感器具有灵敏度高、响应快、使用寿命长和成本低等特点，广泛应用于有毒有害、易燃易爆气体的检测、控制和报警等。 11.3　半导体气体传感器 11.3　半导体气体传感器 11.3　半导体气体传感器 2．煤气报警器 图11-21 分段报警式城市煤气报警器电路图 11.3　半导体气体传感器 3