半导体气敏传感器分类.ppt

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1、河南工业职业技术学院电气工程系第二讲气敏湿敏传感器一、气敏传感器二、湿敏传感器气敏传感器可以识别气体的种类，测量气体的量，多用于检测气体中所含某种特定气体的成分，将其变成电信号。一、气敏传感器气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。1、半导体气敏传感器的工作机理：半导体气敏传感器的类型可分电阻型和非电阻型两大类。电阻型有表面电阻型如

2、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）等和体电阻型（Fe2O3）系列；非电阻型有MOS场效应管型、二极管型（表面电流型——氢敏传感器）和固体电解质型。2、半导体气敏传感器分类：按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。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（厚度0.1μm以下）,构成薄膜型气敏元件。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。工艺最成熟的是烧结型的。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

3、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。烧结型气体传感器的加热方式分为直热式和间热式两种,其结构与符号如图4-2-1、4-2-2所示。A、烧结型气体传感器的结构与符号图4-2-1直热式气敏器件结构及符号1234SnO2烧结体加热极兼电极(a)结构4321(b)符号1、2、3、4为热子兼电极直热式的加热丝兼作电极。其结构简单、成本

4、低、功耗小；但热容量小，易受环境气流影响；因加热丝热胀冷缩，易使之与材料接触不良；在测量电路中，信号电路和加热电路相互干扰。图4-2-2间热式气敏器件结构及符号1、2，3、4—直热式热子兼电极2、5—间热式热子1、3，4、6—间热式电极7—SnO2烧结体8—绝缘瓷管间热式的加热丝与电极分立，加热丝插入陶瓷管内，管外壁上涂制梳状金电极，最外层则为SnO2烧结体。它克服了直热式的缺点，有较好的稳定性。B、烧结型气体传感器的工作特性在检测前，材料表面原已吸着氧，所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般

5、多在200～500℃范围内。为使传感器能在这样高的温度范围稳定工作，具有高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物，常见的是SnO2和ZnO。遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可燃性)气体，材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时，材料表面层电阻率增大。1)气敏特性2)温湿度特性SnO2传感器的阻值随温度、湿度上升而有规律地减小。因此除尽量保持恒温、恒湿外，其有效措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度补偿。3)初期恢复特性及初期稳定特性经短期存放再通电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化

6、（减小），这一特性称为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7天到15天后的初期恢复时间一般约在2～5min之内。当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高出正常值20％左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值，这一特性亦称作初期稳定特性。C、体电阻控制型气敏传感器1)Fe2O3系列Fe2O3系列现有α-Fe2O3和γ-Fe2O3。主要检测液化石油气、煤气和天然气。α-Fe2O3对水蒸气和乙醇不灵敏，特别适合做家庭可燃气报警器。2)氧气传感器N

7、b2O5对氧气敏感。用其制成氧传感器检测汽车发动机和锅炉等所排废气中的氧气分压强，以控制其最佳燃烧状态，以达节能目的。气敏元件外形酒精传感器其他可燃性气体传感器酒精传感器的选择性一氧化碳传感器NH3传感器甲烷传感器3、气敏传感器的应用图4-2-3防止酒后开车控制器原理图图中QM-J1为酒敏元件。若司机没喝酒，在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件的阻值很高，Ua为高电平，U1为低电平，U3为高电平，继电器K2线圈失电，其常闭触点K2-2闭合，发光二极管VD1通，发绿光，能点火起动发动机。若司机酗酒

8、，气敏器件的阻值急剧下降，使Ua为低电平，U1为高电平，U3为为低电平，继电器K2线圈通电，K2-2常开触头闭合，发光二极管VD2通，发红光，以示警告，同时常闭触点K2-1断开，无法起动发动机。若司机拔出气敏器件，继电器K1线圈失电，其常开触电K1-1断开，仍然无法起动发动机。常闭触电K1-2的作用是长期加热气敏器件，保证此控制器处于准备工作的状态。家用有毒气体探测报警器一氧化碳、液化气、甲烷、丙烷都是有毒可燃气体，当空气中达到一定浓度时，将危及人的健康与安全。本电路线路简单，但具有很高的灵敏