【2017年整理】气敏传感器.ppt

气敏传感器;气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。 在现代社会的生产和生活中，会接触到各种各样的气体，需要进行检测和控制。比如煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏；火灾报警等等。 ;酒精传感器;二.气敏传感器的原理及分类;半导体气敏传感器 元件材料：金属氧化物或金属半导体氧化物， 作用原理：与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率、伏安特性或表面电位变化。借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度，并将其变换成电信号输出。 应用范围：可用于检测气体中的特定成分（CO、CO2、甲醛、酒精、氧气、氢气等）。;应用场合： 一般用于易燃、易爆、有毒、有害气体的检测和报警。 基本要求： 1、对被测气体有高的灵敏度。 2、气体选择性好。 3、能够长期稳定工作。 4、响应速度快。;电阻式半导体气敏传感器： 其电阻随着气体含量不同而变化; 主要是指半导体金属氧化物陶瓷气敏传感器，是一种用金属氧化物薄膜（例如SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2等）制成的阻抗器件。 ;表面控制型电阻式半导体气敏传感器： ;某气敏传感器的整体结构;（1） 烧结型 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。;（2）薄膜型 在石英基片上蒸发或溅射一层半导体薄膜制成（厚度0.1μm以下）。上下为输出电极和加热电极，中间为加热器。;工作原理 元件加热到稳定状态，当有气体吸附时，吸附分子在气敏元件表面自由扩散(物理吸附)，一部分吸附分子被蒸发掉，一部分吸附分子产生热分解固定在吸附处(化学吸附)。 当半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子向半导体释放电子成为正离子吸附，半导体载流子数增加，半导体电阻率减少，阻值降低。具有正离子吸附倾向的气体被称为还原性气体(例H2、CO、炭氢化合物和酒类等)。 当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力，吸附分子从半导体夺走电子成为负离子吸附，半导体载流子数减少，电阻率增大，阻值增大。具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化性气体(例O2、NOx等)。;元件加热; 当吸附还原性气体时，N型半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子向半导体释放电子成为正离子吸附，半导体载流子数增加，半导体电阻率减少，阻值降低。 当吸附氧化性气体时，N型半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力，吸附分子从半导体夺走电子成为负离子吸附，半导体载流子数减少，电阻率增大，阻值增大. 对于P型半导体器件，情况刚好相反，氧化性气体使其电阻减小，还原性气体使其电阻增大。; 半导体气敏元件的特性参数： （1）气敏元件的电阻值 将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ｒａ。一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围。 测定固有电阻值Ｒａ时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。;（2）气敏元件的灵敏度 是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种 ;（4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。 ;（5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用ＰＨ表示。一般在(0.5～2.0)W范围。 ;图中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。;（1）电源电路 一般气敏元件的工作电压不高(3V～10V)，其工作电压，特别是供给加热的电压，必须稳定。否则，将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检测准确性。; 下图是一温度补偿电路。当环境温度降低时，则负温度热敏电阻(R5)的阻值增大，使相应的输出电压得到补偿。;图为正温度系数热敏电阻(R2)的延