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1、廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院------傳感器及應(yīng)用項(xiàng)目九：氣敏、濕敏電阻傳感器的應(yīng)用功用：檢測環(huán)境氣體成分及濃度、檢測環(huán)境濕度，并對其進(jìn)行控制和顯示的重要器件。應(yīng)用領(lǐng)域：在環(huán)境保護(hù)、家用電器、消防、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)等方面。氣敏傳感器能夠檢測氣體的種類及主要檢測場所家庭用煤氣報(bào)警器RK-2000P可燃?xì)怏w報(bào)警器采用高檔CPU及高精度A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)而成，可同時(shí)掛接多只探測器，當(dāng)被檢測氣體濃度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，儀器發(fā)出聲光二級報(bào)警信號，同時(shí)啟動(dòng)外部聯(lián)動(dòng)，從而阻止或降低現(xiàn)場的危險(xiǎn)程度，達(dá)到排除險(xiǎn)情的目的。一、氣敏電阻傳感器氣敏電阻工
2、作原理：主要可分為：測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類。氣體的成分、濃度等參數(shù)變化電阻發(fā)生變化轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號↓↓氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。氣敏電阻工作原理動(dòng)畫演示1．還原性氣體傳感器所謂還原性氣體就是在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子，化學(xué)價(jià)升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體等.氫氣、一氧化碳，硫化氫,甲烷，一氧化硫。測量還原性氣體的氣敏電阻一
3、般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。金屬氧化物在常溫下是絕緣的,制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性。通常器件工作在空氣中,空氣中的氧和NO2這樣的電子兼容性大的氣體,接受來自半導(dǎo)體材料的電子而吸附負(fù)電荷,結(jié)果使N型半導(dǎo)體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導(dǎo)電子減少,使表面電導(dǎo)減小,從而使器件處于高阻狀態(tài)。一旦元件與被測還原性氣體接觸,就會(huì)與吸附的氧起反應(yīng),將被氧束縛的電子釋放出來,敏感膜表面電導(dǎo)增加,使元件電阻減小。該類氣敏元件通常工作在高溫狀態(tài)（20
4、0~450℃）,目的是為了加速上述的氧化還原反應(yīng)。燒結(jié)型氣體傳感器的工作特性（1）氣敏特性：遇H2、CO、碳?xì)浠衔锏?還原性即可燃性)氣體，材料表面層電阻率減??；遇O2等氧化性氣體時(shí)，材料表面層電阻率增大。在檢測前，材料表面已經(jīng)吸著氧，所以對可燃性氣體更敏感。最佳工作溫度一般多在200～500℃范圍內(nèi)。為使傳感器能在這樣高的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，具有高溫穩(wěn)定性的半導(dǎo)體材料只有金屬氧化物，常見的是SnO2和ZnO。直熱式的加熱絲兼作電極。其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗??；但熱容量小，易受環(huán)境氣流影響；因加熱絲熱脹冷縮，易使之
5、與材料接觸不良；在測量電路中，信號電路和加熱電路相互干擾。間接式加熱絲和電極分立，有好的穩(wěn)定性。（2）溫濕度特性：SnO2傳感器的阻值隨溫度、濕度上升而有規(guī)律地減小。因此除盡量保持恒溫、恒濕外，其有效措施是選用溫濕度特性好的氣敏元件及在電路中進(jìn)行溫濕度補(bǔ)償。（3）初期恢復(fù)特性及初期穩(wěn)定特性：經(jīng)短期存放再通電時(shí)，傳感器電阻值有短暫的急劇變化（減?。@一特性稱為初期恢復(fù)特性，它與元件種類、存放時(shí)間及存放環(huán)境有關(guān)。存放時(shí)間愈長，初期恢復(fù)時(shí)間亦愈長，存放7～15天后的初期恢復(fù)時(shí)間一般約在2～5min之內(nèi)。當(dāng)長期存放后再通電時(shí)，
6、在一段時(shí)間內(nèi)傳感器阻值一般高出正常值20%左右，而以后慢慢恢復(fù)至正常穩(wěn)定值，這一特性稱作初期穩(wěn)定特性。初期穩(wěn)定時(shí)間與傳感器種類及工作溫度有關(guān)，直熱式較長，傍熱式較短。為縮短初期恢復(fù)時(shí)間和初期穩(wěn)定時(shí)間，在開始使用時(shí)，要進(jìn)行一段時(shí)間的高溫處理，同時(shí)在構(gòu)成控制電路時(shí)應(yīng)加延時(shí)電路。若將氣體敏感膜、加熱器和溫度測量探頭集成在一塊硅片上，則構(gòu)成集成氣敏傳感器。（4）主要檢測對象燒結(jié)型氣體傳感器主要用來檢測甲烷、丙烷、一氧化碳、氫氣、酒精、硫化氫等。例如,用氧化錫制成的氣敏元件,在常溫下吸附某種氣體后,其電導(dǎo)率變化不大,若保持這種氣
7、體濃度不變,該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加,尤其在100~300℃范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。顯然,半導(dǎo)體電導(dǎo)率的增加是由于多數(shù)載流子濃度增加的結(jié)果。氧化錫、氧化鋅材料氣敏元件輸出電壓與溫度的關(guān)系如下圖（b）所示。由上述分析可以看出,氣敏元件工作時(shí)需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多。因此,氣敏元件結(jié)構(gòu)上,有電阻絲加熱,結(jié)構(gòu)如圖所示,1和2是加熱電極,3和4是氣敏電阻的一對電極。圖中EH為加熱電源,EC為測量電源,電阻中氣敏電阻值的變化引起電路中電流的變化,輸出電壓（信號電壓）由電阻Ro上取出。特別在低濃度下靈敏度高,而高
8、濃度下趨于穩(wěn)定值。因此,常用來檢查可燃性氣體泄漏并報(bào)警等。氣敏元件的基本測量電路,MQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路1－引腳2－塑料底座3－燒結(jié)體4－不銹鋼網(wǎng)罩5－加熱電極6－工作電極7－加熱回路電源8－測量回路電源NH3傳感器甲烷傳感器酒精傳感器其他還原性氣體傳感器手持?jǐn)?shù)字酒精測試儀呼氣管酒精傳感器的選擇
