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气敏传感器综述

1引言

随着我国经济的迅猛发展，工业方面也取得了较大进步，随之而来的问题便是废气

的排放与环境的污染。大量的废气由于不适当的排放造成了许多环境问题，近年来我国

空气污染空前严重，环境也频频亮起红灯，这警示我们不得不重视这一系列的问题。当

今的工业高度发达，这些污染所带来的损失已经威胁到了人类的生存，引发了温室效应、

酸雨、臭氧层的破坏等一系列的环境问题，解决这些问题的关键便是迅速准确的检测到

这些有毒、有污染的气体，所以气敏传感器便得到了应用与发展。

气敏传感器，也称气体传感器，是一种检测特定气体的传感器。它利用许多物理和

化学的反应，将待测气体的种类、浓度、成分等有关信息在一定条件下转换为电信号，

我们可以根据这些电信号对气体进行进一步的检测、监控、并在气体达到一定浓度时发

出报警。气敏传感器在当今的生活中应用非常广泛，比如酒精检测仪、烟雾报警器、煤

气检测等，给人们的生活带来了极大的便利。气敏传感器是气体监测系统的核心，对气

体检测系统起着决定性的作用。

2气敏传感器的工作原理

传感器的测试方式以工作模式的不同而有所区别，大体上可分为直流测量法和交流

测量法。RL为负载电阻。当元件的电阻变化时，可通过负载电阻上电压的变化来换算。

R0=（10/V0-1）RL（2-1）

Rc=（10/Vc-1）RL（2-2）

S=R0/Rc=（10/Vc-1（）10/V0-1）（2-3）

式（2-3）中，R0为元件在空气中的电阻，Rc为元件在被测气体浓度为C的气体中

的电阻。V0为元件在空气中，负载电阻RL取一固定值时RL两端的电压输出值，Vc为

元件在被测气体浓度为C的气体中RL两端的电压输出值。

典型半导体式气体传感器的响应恢复特性曲线，一般的，气体传感器的恢复时间要

长于响应时间。典型半导体式气体传感器的灵敏度特性曲线，一般的，半导体式气体传

感器的电阻与气体浓度是非线性关系，近似于双对数线性关系。

3气敏传感器的研究现状

目前，美国、德国和日本等国家气敏传感器应用广泛，主要使用的是可燃性气体气

敏元件传感器，应用于检测并监控气体的排放和泄漏，使用范围大到工业化的工厂、小

到居民住户。国外之所以气敏传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识很强，对环

境安全性和生活舒适性要求极高；另一方面是目前的传感器市场在政府与国家的鼓励下

得到进步。因此气敏传感器技术迅猛发展。

而在国内，虽然气敏传感器的种类非常的多，但使用最多、最广泛的依然是半导体

气敏传感器，它具有以下优点：体积小、能耗低、构成简单、使用方便等。半导体气敏

传感器的主要材料是SnO2，SnO2是一种广谱型气敏材料，由于其成本较低、设备简单、

灵敏度较高、物理化学稳定性较好，已成为我国大量使用的气敏材料。目前，我国在不

断开发新的气敏材料，如Al2O3、石英晶体和有机半导体等气敏材料，这些材料也将陆

续的投入使用。对与气敏材料的研究主要从以下三个方面着手：①要尽力寻找和探索新

型的气敏材料；②对于现有的气敏材料，应该注重完善其性能、提高其灵敏度和纯度，

对其制备工艺和过程进行更为严格的把控；③运用现有的资料研究气敏材料的原理，并

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且应用于新材料的探索过程中，完善新型气敏材料的制备工艺。

大体上，我国的气敏传感器技术已经取得了较大的进步与发展，但是与美国、日本

等先进国家相比仍然在技术和应用方面存在着差距，在完善现有气敏传感器技术的基础

上，还应该大力发展新型的气敏传感器技术，努力达到世界的先进水平。

4气敏传感器的分类

由于被测气体的种类繁多，且这些气体的浓度、成分等性质也各不相同，所以检测

这些气体所用的传感器也并不相同，这就要求有不同种类的传感器来检测不同的气体。

根据工作原理将气敏传感器分为电学类、光学类、电化学类及其他类型四大类。根据气

敏特性可将气敏传感器分为半导体式、固体电解质式、电化学式、接触燃烧式、光学式

和热导式等类型，主要利用物理效应、化学效应等机理制作成，另外还有声表面波式和

光纤式等新型气敏传感器，以及微系统(micro-electro-mechanicalsystem，MEMS)微

型气敏传感器，与一体化、智能化和图像化结合的新型专用气敏传感器。

4.1电化学气敏传感器

电化学气敏传感器是通过气体与敏感元件发生电化学反应后对外输出电