第9章 化学物质传感器机工社版.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；且催化剂“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 4. 矿灯瓦斯报警器 5．烟雾报警器电路 由电源、检测、定时报警输出三部分组成。电源部分将220V市电经变压器降至15V，由－组成的桥式整流电路整流并经滤波成直流。 6．酒精检测报警器 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 近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度、温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。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，如图9-18所示，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 常见湿度传感器 9.2.6 湿度传感器的应用 1. 直读式湿度计 2. 湿度检测器 3. 高湿度显示器 4. 房间湿度控制器 5. 汽车后窗玻璃自动去湿装置 6. 浴室镜面水汽清除器 7. 土壤缺水告知器 8. 电容式谷物水分测量仪 露点传感器外形 本章小结 气敏传感器—能感知环境中某种气体及其浓度的一种器件，它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。 电阻型半导体气敏传感器—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工作的。 非电阻型气敏传感器—主要包括利用MOS二极管的电容—电压特性变化的MOS二极管型气敏传感器和利用MOS场效应管的阈值电压变化的MOS场效应管型气敏传感器。 气敏传感器应用：各类易燃、易爆、有毒、有害气体的检测和报警都可以用相应的气体传感器及其相关电路来实现，如气体成分检测仪、气体报警器、空气净化器等等已用于工厂、矿山、家庭、娱乐场所等。 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 。 湿敏电阻—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。湿敏电阻的种类很多，例如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、高分子湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的