传感器与检测技术 任务一： 气敏传感器 1气体成分检测的主要方法及特点.ppt

模块七 气敏传感器和湿度传感器 模块导读 气敏传感器是一种将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器，它将气体种类及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的存在情况有关的信息。气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气及石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、报警和自动控制。 模块七 气敏传感器和湿度传感器 模块导读 湿度传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，能感受外界湿度（通常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度）变化，并通过器件材料的物理或化学性质变化，将环境湿度变换为电信号的装置。湿度传感器可广泛使用于各种场合的湿度监测、控制和报警，应用领域非常广阔。 本模块针对常见的气敏传感器和湿度传感器进行教学，使学生能够掌握各种利用气敏传感器和湿度传感器进行测量的方法。 气敏传感器 由于气敏传感器暴露在检测现场使用，工作条件比较恶劣，温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等，气体作用于传感元件材料产生的化学反应物会附着在元件表面，往往会使传感器性能变差，因此要求气敏传感器的性能必须满足下列要求： （1）能够检测易爆气体的允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度，并能及时给出报警、显示和控制信号。 气敏传感器 （2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。 （3）长期稳定性好、重复性好、动态特性好、响应迅速。 （4）使用、维护方便，价格便宜等。 由于半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、使用寿命长和成本低等优点，应用很广，因此本学习单元将着重介绍半导体气敏传感器。 气敏传感器 气体成分检测的主要方法及特点 一、 随着国民经济的快速发展，及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行检测、预报和自动控制已成为煤炭、石油化工、电力等部门亟待解决的重要课题。同时，随着人们生活水平的提高，家用燃料结构的改变，交通运输事业的发展，人们对净化生态环境的要求也越来越高，要求能够使用性能优良、方便耐用、小型多功能的传感器及时、准确地检测、监控易燃、易爆、有毒、有害气体。 气敏传感器 图7-1 甲醛检测仪 图7-2 甲烷传感器 气敏传感器 成 分分析包括两部分内容：一是定性分析，确定物质的化学组成，都是利用物质所含组成成分在物理或化学性质上的差异来进行的，如电学、光学、磁学、力学、声学等方面的差异，从而实现对其组成成分含量的准确测量。图7-3所示为汽车尾气分析仪。 图7-3 汽车尾气分析仪 气敏传感器 对不同气体的检测有不同方法，目前主要的方法有：利用半导体气体器件检测的电气法；利用电解质和电极对气体进行检测的电化学法；利用气体对光的折射率或光吸收等特性检测的光学法。 气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。由于气体种类繁多，性质各不相同，因此，实现气/电转换的传感器种类也很多。按构成材料可将气敏传感器分为半导体和非半导体两大类，目前使用最多的是半导体气敏传感器；从结构上可将气敏传感器分为干式（构成气体传感器的材料为固体）和湿式（利用水溶液或电解液感知待测气体）两种。 气敏传感器 待测气体与半导体表面接触会造成半导体电导率等物理性质变化，半导体气敏传感器正是基于此来进行气体检测的。半导体气敏元件通常有以下两种分类方式： （1）按照半导体与气体相互作用时产生的变化是限于半导体表面还是深入到半导体内部，半导体气敏元件可以分为表面控制型和体控制型两种。前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接收，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；后者半导体与气体的反应使半导体内部组成发生变化，导致电导率变化。 气敏传感器 （2）按照半导体变化的物理特性，半导体气敏元件可分为电阻型和非电阻型两种。电阻型半导体气敏元件利用敏感材料接触气体时的阻值变化来检测气体的成分或浓度；非电阻型半导体气敏元件利用其他参数，如二极管整流特性和晶体管特性变化来检测被测气体。 气敏传感器 气敏传感器 由于气体种类繁多，性质差异较大，因此单一种类的气敏传感器不可能检测所有的气体，而只能检测某一类特定性质的气体。例如，固体电解质气敏传感器的主要检测对象是无机气体，如CO2、H2、Cl2、SO2等。 气敏传感器 图7-4所示为固体电解质CO2气敏传感器。其气敏选择性相当好，但灵敏度不高，信号响应速度变化范围较大，且与固态电解质材料的性质及传感器的使用温度都有关，其长期工作稳定性也因材料的选择及使用温度的变化而改变。 图7-5 酒精检测仪 气敏传感器 声表面波气敏传感器虽然也可以测量某些无机气体，但主要的测量对象是各种有机气体，如卤化物、苯乙烯、碳酰氯、有机磷化物等。其气敏选择性取决于元件表面的气敏膜材料。其一般用于同时检测多种化学性质相似的气体，而不适宜检测未知气体组分中的单一