单元八任务二气体传感器.ppt

气敏电阻外形 酒精传感器 其他应用：酒精测试仪 呼气管 酒后驾车易出事故，但判定驾驶员是否喝酒过量带有较大的主观因素。请你利用学过的知识，设计一台便携式、交通警使用的酒后驾车测试仪 …… 酒精传感器的选择性 酒后驾车测试仪的试制 酒后驾车测试仪试制的注意事项 气敏半导体的灵敏度特性曲线 家庭用煤气报警器 家庭用液化气报警器 一氧化碳传感器 其他气体传感器 氧浓度传感器外形 汽车尾气分析 有毒气体传感器的使用 休 息 一 下 * * 任务二 气体传感器及应用 一、任务描述与分析 气体传感器是一种把气体(多数为空气)中的特定成分和浓度检测出来,并将它转换为电信号的器件。气体传感器最早用于可燃性气体泄露报警，用于防灾,保证生产安全。 许多金属氧化物如、ZnO、W03、V2O5、CdO、Fe203也都有气敏效应,具有代表性的是SnO2系和ZnO系气敏元件 。 二、相关知识 （一）半导体气敏元件工作机理 气敏半导瓷材料氧化锡(SnO2)是N型半导体 SnO2气敏半导瓷对许多可燃性气体,如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮等都有较高的灵敏度。可供制造常温工作的烟雾报警器 。可以测还原性气体。 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子，化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。 （二）常用气敏传感器的种类 目前使用较广泛的电阻型气敏器件．按其结构，又可分为烧结型、薄膜型和厚膜型等三种。烧结型应用最广泛性。 1．烧结型气敏器件 其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。 （1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件) 内热式气敏器件结构及符号 1 2 3 4 SnO2烧结体 加热极兼电极 (a)结构 4 3 2 1 (b)符号 由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。因其热容量小、稳定性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。 （2）旁热式SnO2气敏元件 加热器电阻值一 般为30Ω～40Ω 电极 加热器 瓷绝缘管 旁热式气敏器件结构及符号 SnO2烧结体 1 2 3 4 5 6 （a）结构 （b）符号 7 100目不锈钢网 ?18.4 ?1 23 1 2 3 4 5 6 7 45° 45° 气敏元件外形和引出线分布 这种结构克服了直热式器件的缺点，稳定性、可靠性较直热式器件有较好的改进。 2．薄膜型SnO2气敏器件 这类器件一般是在绝缘基扳上，采用蒸发或溅射一层SnO2薄膜，再引出电极而成。薄膜型器件制作方法简便，但特性差别较大，灵敏度不如烧结型器件高。 3. 厚膜型SnO2气敏器件 厚膜工艺制成的元件一致性 较好,机械强度高,适于批量生产,是一种有前途的器件。 （三）气体传感器的应用 分为检测、报警、监控等几种类型。 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。 2、辅助电路 由于气敏元件自身的特性(温度系数、湿度系数、初期稳定性等)，在设计、制作应用电路时，应予以考虑。如采用温度补偿电路，减少气敏元件的温度系数引起的误差；设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值大幅度变化造成误报；使用加热器失效通知电路，防止加热器失效导致漏报现象。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。 BZ ~U 气敏传感器 氖管 蜂鸣器 NTC电阻 W R1 R2 R3 R4 R5 R6 SCR 右图为正温度系数热敏电阻(R2)的延时电路。刚通电时，其电阻值也小，电流大部分经热敏电阻回到变压器，蜂鸣器(BZ)不发出报警。当通电1～2min后，阻值急剧增大，通过蜂鸣器的电流增大，电路进入正常的工作状态。 BZ 气敏传感器 PTC电阻 R2 R1 R3 R4 BCR ~U B 蜂鸣器 氖管 3、检测工作电路 这是气敏元件应用电路的主体部分。 下图是设有串联蜂鸣器的应用电路。随着环境中可燃性气体浓度的增加，气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警信号。 家用可燃性气体报警器电路 ~220V