氣敏濕敏電阻傳感器的應用.ppt

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1、廣東機電職業(yè)技術(shù)學院------傳感器及應用項目九：氣敏、濕敏電阻傳感器的應用功用：檢測環(huán)境氣體成分及濃度、檢測環(huán)境濕度，并對其進行控制和顯示的重要器件。應用領域：在環(huán)境保護、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警器RK-2000P可燃氣體報警器采用高檔CPU及高精度A/D轉(zhuǎn)換器設計而成，可同時掛接多只探測器，當被檢測氣體濃度超過報警設定值時，儀器發(fā)出聲光二級報警信號，同時啟動外部聯(lián)動，從而阻止或降低現(xiàn)場的危險程度，達到排除險情的目的。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體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發(fā)生變化這一機理來進行檢測的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應。氣敏電阻工作原理動畫演示1．還原性氣體傳感器所謂還原性氣體就是在化學反應中能給出電子，化學價升高的氣體。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)而成的半導體器件。金屬氧化物在常溫下是絕緣的,制成半導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,接受來自半導體材料的電子而吸附負電荷,結(jié)果使N型半導體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導電子減少,使表面電導減小,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,就會與吸附的氧起反應,將被氧束縛的電子釋放出來,敏感膜表面電導增加,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。燒結(jié)型氣體傳感器的工作特性（1）氣敏特性：遇H2、CO、碳氫化合物等(還原性即可燃性)氣體，材料表面層電阻率減小；遇O2等氧化性氣體時，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?。坏珶崛萘啃?，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行溫濕度補償。（3）初期恢復特性及初期穩(wěn)定特性：經(jīng)短期存放再通電時，傳感器電阻值有短暫的急劇變化（減小），這一特性稱為初期恢復特性，它與元件種類、存放時間及存放環(huán)境有關。存放時間愈長，初期恢復時間亦愈長，存放7～15天后的初期恢復時間一般約在2～5min之內(nèi)。當長期存放后再通電時，

6、在一段時間內(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)定時間與傳感器種類及工作溫度有關，直熱式較長，傍熱式較短。為縮短初期恢復時間和初期穩(wěn)定時間，在開始使用時，要進行一段時間的高溫處理，同時在構(gòu)成控制電路時應加延時電路。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,其電導率變化不大,若保持這種氣

7、體濃度不變,該器件的電導率隨器件本身溫度的升高而增加,尤其在100~300℃范圍內(nèi)電導率變化很大。顯然,半導體電導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系如下圖（b）所示。由上述分析可以看出,氣敏元件工作時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數(shù)字酒精測試儀呼氣管酒精傳感器的選擇