气敏湿敏传感器及其应用

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1、第11章气体传感器及其应用11.1热导式气体传感器11.2接触燃烧式气敏传感器11.3半导体气体传感器11.4红外气敏传感器11.5光纤气敏传感器11.6气敏传感器应用实例气体传感器：气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来,并将它转换为电信号的器件,以便提供有关待测气体的存在及浓度大小的信息。气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内，探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理等。是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，检测特定气体成分或测量其浓度的传感器总称。离子感烟器工作原理：探测器上有一只发光二极管

2、和为探测器现场的显示。如果探测器通电，处于正常监视状态，LED会每10秒闪亮一次。在报警状态，LED将锁定恒亮直至探测器复位。每一探测器内含一对常开触点（A型）用于联接到报警控制电路还一组常开/常闭辅助触点（C点）。对探测器电源的监视是通过在探测器电源回路末端安装一电源监视终端断电器来完成。当电流加向并流过探测器时，终端电源监视模块被上电，其断电器触点闭合使控制器的报警回路形成闭合的串联电路。一旦断电或探测器回路断开，终端模块将失电，断电器触点脱开并向控制器触发故障信号。气敏传感器主要检测对象及其应用场所分类检测对象气体应用场合易燃易爆气体液化石油气、焦炉煤气、发

3、生炉煤气、天然气甲烷氢气家庭用煤矿冶金、试验室有毒气体一氧化碳（不完全燃烧的煤气）硫化氢、含硫的有机化合物卤素，卤化物，氨气等煤气灶等石油工业、制药厂冶炼厂、化肥厂环境气体氧气（缺氧）水蒸气（调节湿度，防止结露）大气污染（SOx,NOx,CL2等）地下工程、家庭电子设备、汽车、温室工业区工业气体燃烧过程气体控制，调节燃/空比一氧化碳（防止不完全燃烧）水蒸气（食品加工）内燃机，锅炉内燃机、冶炼厂电子灶其它灾害烟雾，司机呼出酒精火灾预报，事故预报气体传感器的性能必须满足下列条件：（1）能够检测并能及时给出报警、显示与控制信号；（2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感

4、；（3）性能稳定性、重复性好；（4）动态特性好、响应迅速；（5）使用、维护方便，价格便宜。离子感烟器11.2接触燃烧式气体传感器1、检测原理可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值，就可检测空气中可燃性气

5、体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，寿命较短，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。F1是检测元件；F2是补偿元件，作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。工作时，要求在F1和F2上保持100～200mA的电流通过，供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化反应(接触燃烧)所需的热量。当检测元件F1与可燃性气体接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧)，释放出热量，使得检测元件的温度上升，电阻值相应增大，桥式电路不再平衡

6、，在A、B间产生电位差E。AF2F1MR1R2CBDW2W1E011.3半导体气体传感器利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质发生变化，以此检测特定气体的成分及浓度。表11.2半导体气敏器件的分类从表中看出,目前研究和使用的半导体气敏器件大体上可分为电阻式和非电阻式两大类。电阻式又可分成表面电阻控制型和体电阻控制型。非电阻式又可分为利用表面电位的、二极管整流特性的和晶体管特性的三种。一、半导体电阻型气敏器件电阻型半导体气敏元件的敏感部分是金属氧化物半导体微结晶粒子烧结体，是由金属氧化物为基体材料，添加不同物质在高温下烧结而成的，在烧结体的内部还装有测定电阻的

7、电极。由于半导体材料的特殊性质,气体在半导体材料颗粒表面的吸附可导致材料载流子浓度发生相应的变化,从而改变半导体元件的电导率。由氧化物半导体粉末制成的气敏元件,具有很好的疏松性,有利于气体的吸附,因此其响应速度和灵敏度都较好。1．表面电阻控制型气敏器件它是利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化特性制成的一类传感器。多数是以可燃性气体为检测对象,但如果吸附能力很强,即使是非可燃性气体也能作为检测对象。这种类型的传感器,具有气体检测灵敏度高、响应速度比一般传感器快、实用价值大等优点。表面电阻控制型半导体气敏器件主要是靠表面电导率变化的信息来检验被接触气体分子

8、。因此,要