第11章气、湿、色敏传感器.ppt

* 第11章 气、湿、色敏传感器 11.1 气敏传感器 11.1.1 引言 气敏传感器是一种能检测气体成分、浓度并将其转化为电信号的器件或装置。 （1）防止突发事故 （2）提高生活环境质量 （3）改善生活条件 （4）生产过程中的产品质量保证 （5）其他 11.1.2 气敏传感器的分类 1）半导体式 2）固体电解质式 3）电化学式 4）接触燃烧式 5）高分子式 6）集成复合式 11.1.3 半导体气敏传感器的工作原理及结构 1. 半导体气敏传感器的分类 按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型。 按照半导体变化的物理特性，可分为电阻型和非电阻型。 2. 半导体气敏传感器的工作原理 利用气体在半导体表面的氧化和还原 反应导致敏感元件阻值变化而制成的。 3. 电阻型半导体气敏元件 （1）烧结型气敏元件 （2）厚膜型气敏元件 （3）薄膜型气敏元件 4. 非电阻式半导体气敏传感器 （1）二极管气敏传感器 一种利用金属/半导体二极管的整流特性随周围气体变化的效应制成的气敏传感器。 11.1.4 其他气敏传感器 1. 固体电解质气敏传感器 使用固体电解质气敏材料做气敏元件。 （2）FET型传感器 利用MOS场效应管（MOSFET）的栅压阈值变化做成的半导体气敏器件。 2. 电化学气敏传感器 一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质气敏材料做气敏元件。 3. 接触燃烧式气敏传感器 可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式。其检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层）。 4. 高分子气敏传感器 利用高分子气敏材料做气敏元件。 11.1.5 半导体气敏元件的主要特性参数 1.气敏元件的固有电阻（静态电阻） 通常为电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值。 2. 灵敏度 是表征气敏器件对检测气体敏感程度的指标。 对于电阻控制型气体传感器，通常用器件在一定浓度正气检测气体中的电阻值与在洁净空气中电阻值之比来表示，即 器件灵敏度虽各有差异，但都遵循共同规律，即器件的电阻与被检测气体浓度大都具有如下关系： 3. 选择性 是气敏传感器在相同条件下，接触同一浓度、不同种类气体时，电阻值的相对变化。 4. 温湿特性 5. 初期恢复时间特性 6. 长期工作稳定性 11.1.6 气敏传感器的应用 1. 气敏传感器的温度补偿电路 一般情况下，温度、湿度低时阻值较大，温度、湿度高时阻值较小，因此常使用热敏电阻和（或）湿敏传感器对电路进行补偿。 2. 易燃气体泄漏的监控 3. 监测酒精气体浓度 11.2 湿敏传感器 11.2.1 引言 湿敏传感器由湿敏元件和转换电路等组成，是将环境湿度变换为电信号的装置。 1. 绝对湿度和相对湿度 大气的干湿程度（绝对湿度），通常用大气中水气的密度来表示，即 大气的相对湿度，通常把一定温度下，空气中实际含水蒸气密度和同温度下饱合水蒸气密度的百分比来表示，即 2. 露点（空气的露点温度） 空气的相对湿度为100%（此时水蒸气将转化为液态而凝结成露珠）时的温度。 11.2.2 湿敏传感器的主要特性参数 1. 湿度量程 2. 测量精度 3. 感湿特性 感湿特性曲线：在规定的工作湿度范围内，湿敏传感器的 电阻或电容量随环境湿度变化的关系特性曲线。 4. 灵敏度 5. 湿滞特性 湿滞特性：湿敏传感器在吸湿和脱湿过程中，吸湿曲线和脱湿曲线不重合，是一个环形回线。 湿滞回差：同一感湿特征量所对应的相对湿度的最大差值。 6. 响应时间 在一定温度下，当相对湿度发生阶跃变化时，湿敏传感器的感湿特征量达到稳定变化量的规定比例（一般为90%）时所需要的时间。 7. 感湿温度系数 当环境湿度恒定时，温度每变化一度引起湿敏传感器的相对湿度的变化量。 8. 工作电压 11.2.3 湿敏传感器的分类 1. 电解质式湿敏传感器 2. 半导体陶瓷湿敏传感器 利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成的。 3. 高分子湿敏传感器 利用自身的吸湿性和离子导电性进行工作的。 （1）高分子电容湿敏传感器 （2）高分子电阻湿敏传感器 利用高分子电解质感湿材料因吸湿而导致电阻率发生变化进行工作的。 11.2.4 湿敏传感器的测量电路 1. 电压输出式