《传感器技术及应用》项目四气体成分及湿度的测量.ppt

项目四 气体成分及湿度的测量 任务一 使用气敏传感器检测气体 任务导入 用数字万用表检测气敏传感器QM-3 采用如图所示简单电路就可以了解气敏传感器的特性，电路使用QM-3型气敏传感器，用数字万用表显示测量数据，可以检查器件的好坏。当电源开关S断开时，传感器没有驱动电流（加热电流），A、B之间电阻大于20MΩ。当接通开关S时，器件内的微加热丝f-f得电发热。此时若将内盛酒精的小瓶瓶口靠近传感器，可以看到电阻显示值立即由20MΩ以上降到0.5~1MΩ。移开小瓶等待20~40s之后，A、B间电阻又恢复至大于20MΩ的状态。以上反应可以重复实验，但需注意要使空气恢复到洁净状态。 任务一 使用气敏传感器检测气体 一、了解气敏传感器 气敏传感器是一种能将气体中的特定成分（浓度）检测出来，并将其转换成电信号的器件。气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测，前者包括有毒有害气体检测、容器管道检测等；后者包括锅炉及汽车的燃料燃烧监控、化工等自动控制检测。 气敏传感器主要有半导体式和接触燃烧式两种。半导体式气敏传感器多由金属氧化物半导体材料制成，如SnO2系列、ZnO系列等。传感器制作时添加物不同，能检测的气体也不同。半导体式气敏传感器适用于检测低浓度的可燃和有毒气体，如CO、H2S、CH4、C4H10等。接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测。 任务一 使用气敏传感器检测气体 一、了解气敏传感器 （1）半导体气敏传感器 半导体气敏传感器如图所示，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度的气体传感器。半导体气敏传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。 任务一 使用气敏传感器检测气体 一、了解气敏传感器 类型 测量类型 常见材料 工作温度 主要测量的气体 电阻式 表面控制型 SnO2、ZnO 室温~450℃ 可燃性气体 体控制型 α-Fe2O3、γ-Fe2O3、 TiO2、CoO、MgO、SnO2 300~450℃ 700℃以上 乙醇、可燃性气体、氧气 非电阻式 ? 表面电位 Ag2O 室温~450℃ 乙醇 二极管整流特性 Pd/CdS、Pd/ TiO2 室温~200℃ 氢气、一氧化碳、乙醇 晶体管特性 铂栅、钯栅MOSFET 150℃ 氢气、硫化氢 半导体气敏传感器的分类及特性 （1）半导体气敏传感器 任务一 使用气敏传感器检测气体 一、了解气敏传感器 （2）接触燃烧式气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器如图所示，是将铂等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成，使用时对金属线圈通以电流，使之保持在300~600℃的高温状态，同时将元件接入电桥电路中的一个桥臂，调节桥路使其平衡。一旦有可燃性气体与传感器表面接触，燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。其输出的不平衡电流或电压与可燃性气体浓度成比例，检测出这种电流和电压即可测得可燃气体的浓度。 任务一 使用气敏传感器检测气体 一、了解气敏传感器 气体 分子式 密度（空气为1） 爆炸限（%） 容许浓度（PPM） 甲烷 CH4 0.6 5.0~15.0 ? 丙烷 C3H8 1.6 2.1~9.5 1000 丁烷 C4H10 2.0 1.8~8.4 ? 汽油气 ? 3.4 1.3~7.6 500 乙炔 C2H2 0.9 2.5~81 ? 甲醇 CH3OH 1.1 5.5~37 200 乙醇 C2H5OH 1.6 3.3~19 1000 乙醚 C2H5O 2.6 1.7~48.0 ? 一氧化碳 CO 1.0 12.5~74.0 50 氢气 H2 0.07 4.0~75 ? 可燃气体的基本特性 任务一 使用气敏传感器检测气体 二、常用电阻式半导体气敏传感器结构 电阻式半导体气敏传感器可分为表面电阻型和体电阻型两大系列，它有三种结构类型：烧结型、薄膜型及厚膜型。 烧结型传感器分为内热式和旁热式两种，如图所示。它一般用于还原性气体、可燃性气体和液化气体的检测。 任务一 使用气敏传感器检测气体 二、常用电阻式半导体气敏传感器结构 薄膜型气敏传感器是在绝缘衬底（如石英晶片）上，蒸发或溅射上一块氧化物半导体薄膜（厚度为数微米），其结构如图所示。该结构的气敏传感器特点是：机械强度高、成本低，但是器件的性能与工艺和薄膜的物理化学状态有关，器件之间的一致性差。 任务一 使用气敏传感器检测气体 二、常用电阻式半导体气敏传感器结构 厚膜型气敏传感器是将半导体氧化粉末、添加剂、粘合剂和载体混合，配成浆料，然后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十微米的厚膜，经400~800℃温度烧结一小时而成，如图所示。 任务一 使用气敏传感器检测气体 三、气敏传感器的