传感器技术 课件 第10章 化学及生物传感器.pptx

第10章化学与生物传感器

10.1化学传感器

化学传感器是对各种化学物质敏感并能将化学物质的特性(如气

体、离子或电解质浓度，空气湿度等)的变化转化为电信号进

行检测的传感器。

10.1.1气体传感器

气体传感器是一种用于检测、测量和监测气体成分、浓

度和其他相关气体参数的设备或装置。

性能要求：

①传感器必须对待测气体具有足够的。

②传感器应具有特异性，以区分目标气体与其他气体

的混合物。

③传感器应该具有快速的响应时间。

④传感器的性能应该在长时间使用中保持稳定。

⑤传感器需要能够抵抗环境因素。

⑥在需要长时间运行或使用电池供电的应用中，低功

耗是重要的性能要求。

气体传感器

灵敏度

传感器的灵敏度(sensitivity)指的是其对待测气体

的响应程度，较高的灵敏度表示传感器可以检测到低浓

度的气体。用其阻值的变化量△R与气体浓度变化量△P

之比来表示，即：

气体传感器

特异性：

特异性表示气体传感器专门对某一种气体的响应能力，

高特异性的传感器仅对特定气体产生响应，而对其他气

体的响应非常低甚至没有响应。

响应时间：

响应时间是传感器从检测到气体变化到发出响应信号

所需的时间。它表示气敏元件对被测气体浓度的响应速

度，在某些应用中，短响应时间至关重要。

气体传感器

稳定性：

稳定性指的是传感器在整个工作时间内基本响应的稳定

程度，主要受到零点漂移和区间漂移的影响。区间漂移则是

指传感器在连续置于目标气体中时输出响应的变化，通常表

现为传感器输出信号在工作时间内的降低。在理想情况下，

一个传感器在连续工作条件下，每年的零点漂移应该小于

10%。稳定性的好坏反映了气敏元件对外界干扰的抵抗能力。

因此，高稳定性的传感器在实际应用中更为可靠，能够提供

准确的测量结果。

工作范围：

工作范围指的是传感器可以测量的气体浓度范围，这需

要考虑应用中的预期气体浓度范围。

气体传感器

零点漂移：

零点漂移表示传感器在没有目标气体存在时，整个工作时间内

传感器输出响应的变化，通常应该尽量减小零点漂移。

线性性：

线性性表示传感器的响应与气体浓度之间是否呈线性关系，这

有助于准确测量气体浓度。

选择性：

在存在多种气体的环境中，选择性表示传感器能够排除其他气

体的干扰，从而准确检测目标气体。对某种气体的选择性好，表

明气敏元件对其灵敏度较高

等

气体传感器

气体传感器的分类

类型原理特点

构造电路简单，灵敏度高，但输出与

率导体式气体接触到加热的金属氧化物会导致电阻值增大或减小

气体浓度不成比例

可燃性气体接触到氧气燃烧，使作为气敏材料的铂丝温度升

接触燃烧式输出与气体浓度成比例，灵敏度较低

高，电阻值相应增大

化学反应式利用化学溶剂与气体发生特定的化学反应进行检测气体选择性好，但不能重使用

光干涉式利用与空气中介质的折射率不同而产生的干涉现象进行检测寿命长，但选择性差

热传导式利用材料的热传导性质来检测环境中物体或气体特性构造简单，但灵敏度低，选择性差

根据红外线照射气体分子谐振而产生的吸收或散射红外线的

红外线吸收散射式能定性测量，但装置大，价格高

特性进行检测

10.1.2湿度传感器

湿度传感器是一种能感受外界湿度变化，并通过器件材料的物

理或化学性质变化，将湿度转换成可用信号的器件或装置。湿

度通常用绝对湿度、相对湿度和露点来表示。

绝对湿度(absolutehumidity,AH)表