簡(jiǎn)易可燃?xì)怏w報(bào)警器

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1、課題：基于氣敏傳感器應(yīng)用的簡(jiǎn)易可燃?xì)鈭?bào)警器及其設(shè)計(jì)引言廣義的說，傳感器（Transducer或Sensor）是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件或裝置，在有些國(guó)家或科學(xué)領(lǐng)域，也將傳感器稱為變換器、檢測(cè)器或探測(cè)器等。將物理量或化學(xué)量得變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)是傳感器的最終目的。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC：InternationalElectro-technicalCommittee）的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”?？扇夹詺怏w檢測(cè)報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)在人們的日常生活中，在保證家庭安全方面也起到了不可忽視

2、的作用。可燃?xì)怏w報(bào)警器，主要用于檢測(cè)空氣中的可燃?xì)怏w，常見的如氫氣（H2）、甲烷（CH4）等。家用可燃?xì)怏w報(bào)警器也可以叫做燃?xì)鈭?bào)警器，主要用于檢測(cè)家庭煤氣泄漏，防止煤氣中毒和煤氣爆炸事故的發(fā)生。本文主要介紹氣敏傳感器的工作原理、幾種常用及氣敏傳感器及及其相關(guān)特性以及其相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合，并且根據(jù)相關(guān)知識(shí)做出一個(gè)簡(jiǎn)易的可燃?xì)鈭?bào)警器9第一章理論部分氣敏傳感器是用來檢測(cè)氣體類別、濃度和成分的傳感器。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理

3、性質(zhì)變化來檢測(cè)氣體的。半導(dǎo)體氣敏元件的分類按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型。前者半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子接受，結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化，但內(nèi)部化學(xué)組成不變；后者半導(dǎo)體與氣體的反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部組成發(fā)生變化，而使電導(dǎo)率變化。按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型，電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時(shí)，其阻值變化來檢測(cè)氣體的成分或濃度；非電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用其它參數(shù)，如二極管伏安特性和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來檢測(cè)被測(cè)氣體的。9表半導(dǎo)體氣敏元件的分類半導(dǎo)體氣

4、敏傳感器的機(jī)理半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在表面物性自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而固定在吸附處（化學(xué)吸附）。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力(氣體的吸附和滲透特性)時(shí)，吸附分子將從器件奪得電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻值增大。當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上時(shí)，

5、則載流子增多，使半導(dǎo)體電阻值下降。9圖N型半導(dǎo)體吸附氣體時(shí)器件阻值變化圖半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu)電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器一般由三部分組成：敏感元件、加熱器和外殼。按其制造工藝來分有燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型三類。圖氣敏半導(dǎo)體傳感器的器件結(jié)構(gòu)9(a)燒結(jié)型氣敏器件；(b)薄膜型器件；(c)厚膜型器件這些器件全部附有加熱器，它的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，從而提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。由于加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種，因而形成了直熱式和旁熱式氣敏元件。圖直熱式氣敏器件的結(jié)構(gòu)及符號(hào)(a)結(jié)構(gòu)；(b)符號(hào)圖旁熱式氣敏器件的結(jié)構(gòu)

6、及符號(hào)(a)旁熱式結(jié)構(gòu)；(b)符號(hào)氣敏傳感器應(yīng)用半導(dǎo)體氣敏傳感器由于具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間快、使用壽命長(zhǎng)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的應(yīng)用。按其用途可分為以下幾種類型：氣體泄露報(bào)警、自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)試等。9表半導(dǎo)體氣敏傳感器的各種檢測(cè)對(duì)象氣體第一章實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募訌?qiáng)對(duì)《傳感器原理及工程應(yīng)用》中所學(xué)知識(shí)的理解；鍛煉自己的動(dòng)手能力；提高自己的學(xué)術(shù)修養(yǎng)和學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。通過學(xué)習(xí)傳感器及其相關(guān)知識(shí)，意識(shí)到傳感器是一種十分有用的器件，故選擇了氣敏傳感器，制作一件簡(jiǎn)易的家庭可燃性氣報(bào)警器。2、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備通過調(diào)研，我們知道可燃性氣體檢測(cè)用傳感器又稱為氣體

7、傳感器或氣敏元件主要用于工業(yè)中天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測(cè)，并進(jìn)行自動(dòng)控制及安全報(bào)警。在防治公害方面，則用于檢測(cè)污染的氣體；在家庭中則主要用于煤氣報(bào)警及火災(zāi)報(bào)警。而家用可燃?xì)怏w報(bào)警器也可以叫做燃?xì)鈭?bào)警器，主要用于檢測(cè)家庭煤氣泄漏，防止煤氣中毒和煤氣爆炸事故的發(fā)生?？扇夹詺怏w檢測(cè)報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)在人們的日常生活中，在保證家庭安全方面也起到了不可忽視的作用。9可燃?xì)怏w報(bào)警器按照使用環(huán)境可以分為工業(yè)用氣體報(bào)警器和家用燃?xì)鈭?bào)警器，按自身形態(tài)可分為固定式可燃?xì)怏w報(bào)警