02December20243.16氣敏傳感器3.16.1概述3.16.2半導(dǎo)體式氣敏電阻3.16.3熱導(dǎo)式氣敏傳感器3.16.4氣敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例02December20243.16.1概述氣敏傳感器利用了氣體的某些物理化學(xué)性質(zhì)，將被測(cè)氣體的某些特定成分轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電信號(hào)。氣敏傳感器具有測(cè)量范圍寬、精度高、靈敏度高、工作可靠、體積小、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。它的應(yīng)用范圍已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，見圖3-153。圖3-153氣敏傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域02December2024氣敏傳感器大致可分為物理性和化學(xué)性兩大類。物理性的氣敏傳感器是通過(guò)電流、電導(dǎo)率、光的折射等物理量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體成分的測(cè)定的?；瘜W(xué)性氣敏傳感器是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)引起物理量的變化實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。氣敏傳感器的種類繁多，就其檢測(cè)方法來(lái)分，計(jì)有：半導(dǎo)體式、光干涉式、紅外吸收式、熱導(dǎo)率式、氫焰離化式、隔膜離子電極式、定電位電解式和濃度差電池式等。在為數(shù)眾多的氣敏傳感器中，半導(dǎo)體式氣敏元件的發(fā)展最為迅速，因它便于與后繼的晶體管放大器集成化，故它的應(yīng)用最為廣泛。由于篇幅所限，本節(jié)僅介紹半導(dǎo)體式和熱導(dǎo)式氣敏電阻及其應(yīng)用。02December20243.16.2半導(dǎo)體式氣敏電阻工作原理氣敏電阻由非化學(xué)配比的金屬氧化物按一定的比例混合，并加入粘合劑成型和高溫?zé)Y(jié)而成，其結(jié)構(gòu)見圖3-154a。圖3-154氣敏電阻的結(jié)構(gòu)及原理02December2024氣敏電阻還有薄膜型、厚膜型和場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。工作原理見圖3-154b，通電后，元件被加熱，阻值迅速下降，一般經(jīng)2～10min后，阻值達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，這一狀態(tài)稱為初始穩(wěn)定狀態(tài)。到達(dá)初始穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短與環(huán)境條件有關(guān)。必須指出，使用元件時(shí)必須預(yù)熱，待元件達(dá)到初始穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，才能開始測(cè)量。當(dāng)被測(cè)氣體與加熱的氣敏電阻接觸時(shí)，首先氣體分子在其表面擴(kuò)散，然后被氣敏電阻吸附。加熱電極的作用是提高氣敏電阻的吸附能力。氣敏電阻對(duì)被測(cè)氣體的吸附作用有兩種形式，一是以陰離子形式被吸附；二是以陽(yáng)離子形式被吸附。半導(dǎo)體氣敏電阻的特性差別很大，單一種基質(zhì)材料的半導(dǎo)體氣敏電阻不可能檢測(cè)所有氣體，只能選擇性地檢測(cè)某種特定性質(zhì)地氣體。在選擇時(shí)，應(yīng)引起注意。02December2024半導(dǎo)體氣敏電阻的測(cè)量電路圖3-155氣敏電阻的測(cè)量電路由前述可知，半導(dǎo)體氣敏電阻將被測(cè)氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，測(cè)量電路的作用是將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。半導(dǎo)體氣敏電阻按其加熱方式有直熱式和旁熱式兩種。直熱式的加熱電極與信號(hào)檢測(cè)電極沒(méi)有隔離，會(huì)互相影響，應(yīng)用獨(dú)立電源分別對(duì)加熱回路和信號(hào)檢測(cè)回路供電。旁熱式的加熱電極與信號(hào)檢測(cè)電極隔離，避免信號(hào)檢測(cè)回路與加熱回路之間的相互影響，是目前應(yīng)用最廣泛的氣敏電阻。圖3-155示出了旁熱式氣敏電阻的測(cè)量電路。02December2024半導(dǎo)體氣敏電阻的主要特性參數(shù)固有電阻在常溫下，氣敏元件在潔凈的空氣中的電阻值稱為氣敏元件的固有電阻值。一般在數(shù)十到數(shù)百千歐范圍。靈敏度表征氣敏元件的靈敏度通常有下列幾個(gè)參數(shù)：電阻比靈敏度指元件的固有電阻與在規(guī)定氣體濃度下氣敏元件的電阻

之比。氣體分離度電壓靈敏度指氣敏元件在固有電阻值時(shí)的輸出電壓與在規(guī)定濃度下負(fù)載電阻的輸出電壓

之比。分辨率

指氣敏元件對(duì)被測(cè)氣體的識(shí)別以及對(duì)干擾氣體的抑制能力。時(shí)間常數(shù)

從氣敏元件與某一特定濃度的氣體接觸開始，直到元件的阻值達(dá)到此濃度下穩(wěn)定阻值的63.2%為止，所需時(shí)間稱為元件在該濃度下的時(shí)間常數(shù)?；謴?fù)時(shí)間

由氣敏元件脫離某一濃度的氣體開始，到元件的阻值恢復(fù)到固有電阻的36.8%為止所需時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間。02December20243.16.3熱導(dǎo)式氣敏傳感器見圖3-156。圖a為熱導(dǎo)式氣敏元件的結(jié)構(gòu)。在小容器內(nèi)繞有鉑絲，在鉑絲上燒結(jié)金屬氧化物作為敏感元件，被測(cè)氣體可進(jìn)出小容器。熱導(dǎo)式氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于氣體的成分分析儀中。圖3-156熱導(dǎo)式氣敏傳感器a）結(jié)構(gòu)

b）測(cè)量電路02December20243.16.4氣敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例油煙機(jī)自動(dòng)起動(dòng)及報(bào)警

本裝置（見圖3-157）利用對(duì)陽(yáng)離子吸附作用的N型半導(dǎo)體氣敏元件作為敏感元件，對(duì)所有還原性氣體起敏感作用。檢測(cè)靈敏度高于0.1%。利用雙向晶體閘流管VT作為控制元件。本裝置除用于廚房抽油煙機(jī)外，還可用于公用場(chǎng)合（如舞廳、卡拉OK廳）、非易爆易燃場(chǎng)合的自動(dòng)抽風(fēng)、報(bào)警以及消防等。圖3-157抽油煙機(jī)自動(dòng)起動(dòng)及報(bào)警器02December2024防止司機(jī)酗酒開車控制器

酒后開車易出事故，為防止酒后開車，保障人民生命及財(cái)產(chǎn)安全，需安置防止酒后開車控制器，其原理見圖3-158。圖3-158防止酒后開車控制器02December2024便攜礦井瓦斯超限報(bào)警器

本裝置體積小，重量輕，電路簡(jiǎn)單，工作可靠。其電子線路見圖3-159。圖3-159礦井瓦斯超限報(bào)警器02December2024空氣污染程度檢測(cè)儀

電路原