气体量湿度量的测控

《气体量湿度量的测控》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、7.1气敏传感器及其应用7.2湿敏传感器及其应用第7章气体量、湿度量的测控第7章气体量、湿度量的测控7.1气敏传感器及其应用用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、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,气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。气敏传感器是一种能将气体中的特定成分（浓度）检测出来，并将它转换成电信号的器件。气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测，将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器现代社会存在的各种气体，需要进行检测和控制，如：气体成分煤矿瓦斯浓度环境污染煤气泄

2、漏火灾报警燃烧气敏传感器及其分类气敏传感器的种类较多，主要有：气体种类气体量气体成分常用的有半导体式和接触燃烧式半导体式气敏传感器适用于检测低浓度的可燃和有毒气体接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测。半导体气敏传感器优点灵敏度高、响应快、使用寿命长和成本低、应用广气敏传感器及其分类半导体气敏元件接触气体后，半导体性质变化检测特定气体的成分或浓度半导体气敏传感器可分为两类：电阻式和非电阻式电阻式半导体气敏传感器利用气敏半导体材料，如：氧化锡(SnO2)、氧化锰(MnO2)等金属氧化物制成敏感元件敏感元件吸收可燃气体烟雾，发生还原反应、放出热量元

3、件温度增高、电阻发生变化(可燃气体：氢、一氧化碳、烷、醚、醇、苯、天然气和沼气等)利用半导体材料的这种特性，将气体成分和浓度变换成电信号进行监测和报警一、半导体气敏传感器工作原理对乙醚、乙醇、氢气等灵敏度较高对甲烷的灵敏度较低气体的浓度增加，元件阻值增大在一定范围内呈线性关系典型气敏元件的阻值-浓度关系元件对不同气体的敏感性不同例如,用氧化锡制成的气敏元件,在常温下吸附某种气体后,其电导率变化不大,若保持这种气体浓度不变,该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加,尤其在100~300℃范围内电导率变化很大。显然,半导体电导率的增加是由于多数载流子浓

4、度增加的结果。氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如图7-1（b）所示。由上述分析可以看出,气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此,气敏元件结构上,有电阻丝加热,结构如图7-2所示,1和2是加热电极,3和4是气敏电阻的一对电极。7-17-2二、气敏传感器的应用分为检测、报警、监控等几种类型。电源电路一般气敏元件的工作电压不高(3V～10V)，其工作电压，特别是供给加热的电压，必须稳定。否则，将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检测准确性。辅助电路由于气敏元件自身的特性(温度系数、湿度系数、初期稳定性等

5、)，在设计、制作应用电路时，应予以考虑。如采用温度补偿电路，减少气敏元件的温度系数引起的误差；设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值大幅度变化造成误报；使用加热器失效通知电路，防止加热器失效导致漏报现象。下图是温度补偿电路。当环境温度降低时，则负温度热敏电阻(R5)的阻值增大，使相应的输出电压得到补偿。BZ~U气敏传感器氖管蜂鸣器NTC电阻WR1R2R3R4R5R6SCR右图为正温度系数热敏电阻(R2)的延时电路。刚通电时，其电阻值也小，电流大部分经热敏电阻回到变压器，蜂鸣器(BZ)不发出报警。当通电1～2min后，阻值急剧增大，通过蜂鸣器的电

6、流增大，电路进入正常的工作状态。BZ气敏传感器PTC电阻R2R1R3R4BCR~UB蜂鸣器氖管二、气敏传感器的应用1.气敏电阻元件种类气敏电阻元件种类很多,按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。（1）烧结型气敏元件将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中,经加热成型后低温烧结而成。目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件,它的加热温度较低,一般在200~300℃,SnO2气敏半导体对许多可燃性气体,如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。（2）薄膜型气敏元件采用真空镀膜或溅射方法,在石英或陶瓷基片上制成金属氧化物薄膜（

7、厚度0.1μm以下）,构成薄膜型气敏元件。氧化锌（ZnO）薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘基片,通过真空镀膜在基片上蒸镀锌金属,用铂或钯膜作引出电极,最后将基片上的锌氧化。氧化锌敏感材料是N型半导体,当添加铂作催化剂时,对丁烷、丙烷、乙烷等烷烃气体有较高的灵敏度,而对H2、CO2等气体灵敏度很低。若用钯作催化剂时,对H2、CO有较高的灵敏度,而对烷烃类气体灵敏度低。因此,这种元件有良好的选择性,工作温度在400~500℃的较高温度。（3）厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。把厚膜胶用丝网印刷到

8、事先安装有铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上,在400~800℃的温度下烧结1~2小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成