气体传感器-讲解概要doc资料.ppt

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1、气体传感器-讲解概要13.1.11.产生原因:为了确保安全，需对各种可燃性气体、有毒性气体进行检测。目前实用气体方法很多，其中接触燃烧法和用半导体气敏传感器检测法具有使用方便、费用低等特点。2.发展过程:半导体气敏元件是60年代初期研制成功的，最先研制的是SnO2薄膜元件。它是利用加热条件下SnO2薄膜电阻随接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继而又发现在SnO2烧结体中添加Pt或pd等贵重金属可提高灵敏度。1968年诞生了商品半导体气敏元件，其后，其它材料的半导体气敏元件也相继投放市场。3.常用的气敏元件:SnO2半导体气敏元件，目前以TGS型和Q

2、M-N5型气敏元件为主.13.1.2SnO2半导体气敏元件特点（1）气敏元件阻值随气体浓度变化关系为指数变化关系。因此，非常适用于微量低浓度气体的检测。（2）SnO2材料的物理、化学稳定性较好，与其它类型气敏元件（如接触燃烧式气敏元件）相比，SnO2气敏元件寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强。（3）SnO2气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱附时间短，可连续长时间使用。（4）元件结构简单，成本低，可靠性较高，机械性能良好。（5）对气体检测不需要复杂的处理设备。可将待检测气体浓度可通直接转变为电信号,信号处理电路简单。13.1.3SnO2的基本性质1.SnO2物理性质:S

3、nO2是一种白色粉末，密度为6.16-7.02g/cm3，熔点为1127℃，在更主温度下才能分解，沸点高于1900℃的金属气化物。SnO2不溶于水，能溶于热强酸和碱。2.SnO2晶体结构:是金红石型结构，具有正方晶系对称，其晶胞为体心正交平行六面体，体心和顶角由锡离子占据。其晶胞结构如图10-16所示，晶格常数为a=0.475nm，c=0.319nm。13.1.4SnO2的气敏效应1.经实验发现，多晶SnO2对多种气体具有气敏特性。2.多孔型SnO2半导体材料，其电导率随接触的气体种类而变化。一般吸附还原性气体时电导率升高。而吸附氧化性气体时其电导率降低。这种阻值变化

4、情况如图10-17所示。13.1.5影响SnO2气敏效应的主要因素1）SnO2结构组成对气敏效应的影响SnO2具有金红石型晶体结构，用于制作气敏元件的SnO2，一般都是偏离化学计量比的，在SnO2中有氧空位或锡间隙原子。这种结构缺陷直接影响气敏器件特征。一般地说，SnO2中氧空位多，气敏效应明显。（2）SnO2中添加物对气敏效应的影响实验证明，SnO2中的添加物质，对其气敏效应有明显影响。表10-2列出了具有不同添加物质的SnO2气敏元件的气敏效应。（3）烧结温度和加热温度对气敏效应的影响实验证明，制作元件的烧结温度和元件工作时的加热温度，对其气敏性能有明显影响。因此

5、，利用元件这一特性可进行选择检测。13.1.6表10-2添加物对SnO2气敏效应的影响添加物质检测气体使用温度（℃）PdO,PdCO，C3H8酒精200～300Pd,Pt过渡金属CO，C3H8200～300PdCI2SbCI3CH4，C3H8,CO200～300Sb2O3,TiO2TIO3250～300V2O5，Cu250～400稀土类酒精系可燃性气体过渡金属还原性气体250～300Sb2O3,Bi2O3还原性气体500～800高岭土（陶土），Bi2O3WOLPG，CO，城市煤气，酒精酒精，丙酮碳氢系还原性气体200～30013.1.6SnO2气敏元件的结构SnO2气

6、敏元件分类:主要有三种类型：烧结型、薄膜型厚薄型。其中烧结型气敏元件是目前工艺最成熟，应用最广泛的元件，这里仅对其结构加以介绍。13.1.7烧结型SnO2气敏元件结构烧结型SnO2气敏元件是以多孔陶瓷SnO2为基材（料粒度在1μm以下），添加不同物质，采用传统制陶方法，进行烧结。烧结时埋入测量电极和加热线，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在管座上,外加二层不锈钢网而制成元件。主要用于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气。工作时需加热到300℃左右.按其加热方式又可分为直热式和旁热式两种。13.1.7（1）直热式SnO2气敏元件直热式元件又称内热式，这种元件的结构示意

7、图如图10-18所示。组成:元件管芯由三部分组成：SnO2基体材料、加热丝、测量丝，它们都埋在SnO2基材内。工作时加热丝通电加热，测量丝用于测量元件的阻值。13.1.8（1）直热式SnO2气敏元件特点1.优点：制作工艺简单、成本低、功耗小、可以在高电压下使用、可制成价格低廉的可燃气体泄漏报警器。国内QN型和MQ型气敏元件.2.缺点:热容量小，易受环境气流的影响；测量回路与加热回路间没有隔离，互相影响；加热丝在加热和不加热状态下会产生涨缩，易造成接触不良。13.1.9（2）旁热式SnO2敏元件这种元件的结构示意图如图10-19所示。其管芯增加了一个陶