《传感器与检测技术》课件——项目二 电阻式传感器及应用.pptVIP

图2-28湿敏电阻传感器测量转换电路框图2）湿敏电阻式传感器的应用图2-29汽车后窗玻璃自动去湿装置a)汽车后窗玻璃示意图b)汽车后窗玻璃自动去湿电路图2．气敏电阻传感器用气敏元件组成的气敏电阻传感器(下简称气敏电阻)主要用于工业上天热气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测，预报和自动控制；在防治公害方面用于监测污染气体；在家用方面用于煤气、火灾的报警等。1）气敏电阻的工作原理与特性使用气敏电阻传感器可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压的信号。气敏电阻的材料是金属氧化物，制作上是通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成的。气敏元件接触气体时，由于表面吸附气体，致使它的电阻率发生明显的变化.气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。为此，气敏元件在结构上要有加热器，通常用电阻丝加热，如图2-30所示。半导体式气敏传感器的分类电阻式气敏传感器主要类型：烧结型气敏器件薄膜型气敏器件厚膜型气敏器件烧结型气敏器件：烧结型气敏器件的制作是将一定比例的敏感材料（SnO2、ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等）用水或粘合剂调合，经研磨后使其均匀混合，然后将混合好的膏状物倒入模具，埋入加热丝和测量电极，经传统的制陶方法烧结。最后将加热丝和电极焊在管座上，加上特制外壳就构成器件。该类器件分为两种结构：直热式和旁热式。1）、直热式气敏元件直热式器件管芯体积很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板。缺点：热容量小，易受环境气流的影响测量电路与加热电路之间相互干扰，影响其测量参数加热丝在加热与不加热两种情况下产生的膨胀与冷缩，容易造成器件接触不良优点：制作工艺简单、成本低、功耗小，可在高回路电压下使用，可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警器（国内的QN、MQ型）。2）、旁热式气敏元件旁热式气敏器件是把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内，在管外涂上梳状金电极，再在金电极外涂上气敏半导体材料，就构成了器件。特点：加热丝与测量极分开，避免了回路间的相互影响，增加了材料结构的稳定性、可靠性（型号有QM-N5）。薄膜型气敏器件：制作采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出电极。实验证明：SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好。优点：灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、产量高、成本低等厚膜型气敏器件：厚膜型气敏器件是将SnO2和ZnO等材料与3％～15％重量的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到装有铂电极的氧化铝基片上，在400～800℃高温下烧结1～2小时制成。优点：一致性好，机械强度高，适于批量生产。非电阻式气敏传感器：二极管气敏传感器MOS二极管气敏传感器Pd—MOSFET气敏传感器1）二极管气敏传感器：二极管气敏传感器主要利用气体浓度变化引起二极管整流特性发生改变的原理来实现测量。2）MOS二极管气敏传感器在P型半导体硅芯片上，采用热氧化工艺生成一层厚度为50～100nm左右的SiO2层，然后再在其上蒸发一层钯金属薄膜作为栅电极。MOS二极管气敏器件3）Pd—MOSFET气敏传感器Pd—MOSFET气敏传感器是利用MOS场效应晶体管（MOSFET）的阀值电压随被测气体变化而变化的原理制成的气敏器件。(a)主视图(b)俯视图Pd—MOSFET气敏器件结构示意图气敏元件的基本测量电路如图2-31所示。图2-31气敏元件的测量电路氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）材料气敏元件输出电压与温度的关系曲线如图2-32。2）气敏电阻式传感器的应用（1）还原性气体传感器所谓还原性气体就是在化学反应中能发出电子且化学价升高的气体，多数属于可燃性气体。如石油蒸气、酒精蒸气、煤气等。图2-33MQN型气敏电阻的结构及测量电路气敏烧结体b)气敏电阻外形c)基本测量转换电路1—引脚2—塑料底座3—烧结体4—不锈钢网罩5—加热电极6—工作电极7—加热回路电源8—测量回路电源-铂电阻还常用微型铂热电阻，其主要特点是体积小、热惯性小、气密性好。它可分为两种：一种测量范围为–200~+500℃，它的支架和保护管均由特殊玻