第10章 气敏、湿敏传感器

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1、课题§2－3气敏、湿敏电阻传感器教学目的了解气敏、湿敏电阻传感器的结构及应用教学重点气敏、湿敏电阻传感器的结构及应用教学难点气敏、湿敏电阻传感器的原理教学资源多媒体教学课件，气敏、湿敏电阻传感器实物一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体。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。【举例】各种可燃性

2、气体传感器如，酒精传感器、煤气报警器、液化气报警器、一氧化碳传感器、甲烷传感器等。2．二氧化钛氧浓度传感器半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N型半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路介绍【举例】氧浓度传感器可用于汽车尾气测量气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。二、湿敏电阻传感器湿度包括：绝对湿度和相对湿度，湿度对电子元件的影响很大。检测湿度的手段很多，如毛发湿度计、干湿球湿度计、石英振动式湿度计、微波湿

3、度计、电容湿度计、电阻湿度计等，本节介绍陶瓷湿敏电阻式湿度传感器。图2－19是陶瓷湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换电路框图，它主要用于测量空气的相对湿度。新型传感器包括气敏传感器、湿敏传感器、微传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、集成化智能传感器等。本章分别介绍了这些新型传感器概念、工作原理、性能参数、应用领域等相关问题。第10章气敏、湿敏传感器本章主要内容10.1气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1.定义2.结构：半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。3.分类：按其制造工艺，分为烧结型、薄膜型和厚膜型；按加热方式不同，可分为直热式和

4、旁热式两种气敏器件。二.半导体气敏材料的气敏机理三.SnO2系列气敏器件1.主要特性2.检测电路四.气敏传感器的应用1简易家用气体报警2有害气体鉴别、报警与控制电路3防止酒后开车控制器10.2湿敏传感器一．半导体陶瓷湿敏电阻1.负特性湿敏半导瓷的导电原理2正特性湿敏半导瓷的导电原理二.典型半导瓷湿敏元件三.湿敏传感器的应用1湿度检测器2高湿度显示器本章教学要求及重点、难点一．教学要求1.了解气敏、湿敏电阻传感器的结构2.掌握气敏、湿敏电阻传感器的工作原理及应用二.重点、难点重点：气敏、湿敏电阻传感器的原理及应用难点：气敏、湿敏电阻传感器的原理10.1气敏传感器一.电阻型半导体气敏传

5、感器的结构与分类1.定义气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体。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。2.结构：半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。3.分类：l按其制造工艺来分，有烧结型、薄膜型和厚膜型三种：①烧结型：图5.1(a)所示为烧结型气敏元器件，它是以氧化物半导体(如SnO2)材料为基体，将铂电极和

6、加热器埋入金属氧化物中，经加热或加压成形后，再用低温(700℃～900℃)制陶工艺烧结制成，因此也被称为半导体陶瓷。优点：制作方法简单，器件寿命较长。缺点：由于烧结不充分，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，此外，电特性误差较大，所以应用受到一定限制。②薄膜型图5.1(b)所示为薄膜型气敏元器件，采用蒸发或溅射方法，在石英基片上形成氧化物半导体薄膜(厚度在100nm以下)。优点：制作方法也简单，缺点：由于这种薄膜是物理性附着，所以器件间性能差异较大。③厚膜型图5.1(c)、图5.1(d)所示为厚膜型器件，它是将氧化物半导体材料与硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，再把厚膜胶印刷到装

7、有电极的绝缘基片上，经烧结制成。优点：这种工艺制成的元件机械强度高，其特性也相当一致，适合大批量生产。这些器件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，加速气体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度。一般加热到200℃～400℃。l按加热方式不同，可分为直热式和旁热式两种气敏器件：①直热式器件直热式器件的结构和符号如图5.2所示，器件管芯由SnO2、ZnO等基体材料和加热丝、测量丝三部分组成，加热丝和测量丝都直接埋在基体材料内，工作时加热丝通电