化學傳感器ChemosensorPART01分類PART03應用PART02工作原理按傳感方式分分離型傳感器如離子傳感器，液膜或固體膜具有接受器功能，膜完成電信號的轉(zhuǎn)換功能，接受和轉(zhuǎn)換部位是分離的，有利于對每種功能分別進行優(yōu)化;組裝一體化傳感器如半導體氣體傳感器，分子俘獲功能與電流轉(zhuǎn)換功能在同一部位進行，有利于化學傳感器的微型化。按檢測對象濕度傳感器生物傳感器氣體傳感器離子傳感器將氣體種類及其濃度有關的信息轉(zhuǎn)換成電信號濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。利用離子選擇電極，將感受的離子量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。離子傳感器的作用離子傳感器用于測量水溶液樣本中選定離子的濃度。對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器氣體傳感器類型原理檢測對象特點半導體式

若氣體接觸到加熱的金屬氧化物(SnO2、Fe2O3、ZnO2等)，電阻值會增大或減小還原性氣體、城市排放氣體、丙烷氣等靈敏度高，構造與電路簡單，但輸出與氣體濃度不成比例接觸燃燒式

可燃性氣體接觸到氧氣就會燃燒，使得作為氣敏材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應增大燃燒氣體輸出與氣體濃度成比例，但靈敏度較低化學反應式利用化學溶劑與氣體反應產(chǎn)生的電流、顏色、電導率的增加等CO、H2、CH4、C2H5OH、SO2等氣體選擇性好，但不能重復使用光干涉式利用與空氣的折射率不同而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象與空氣折射率不同的氣體，如CO2等壽命長，但選擇性差熱傳導式根據(jù)熱傳導率差而放熱的發(fā)熱元件的溫度降低進行檢測與空氣熱傳導率不同的氣體，如H2等構造簡單，但靈敏度低，選擇性差紅外線吸收散射式由于紅外線照射氣體分子諧振而吸收或散射量進行檢測CO、CO2等能定性測量，但裝置大，價格高半導體式氣敏傳感器

電阻式

燒結型

薄膜型

厚膜型

二極管氣敏傳感器

MOS二極管氣敏傳感器

Pd—MOSFET氣敏傳感器非電阻式

利用氣體在半導體表面的氧化還原反應導致敏感元件阻值變化而制成的。當氧化型氣體吸附到N型半導體（SnO2,ZnO)上，還原型氣體吸附到P型半導體(CrO3)上時，將使半導體載流子減少，而使電阻值增大。當還原型氣體吸附到N型半導體上，氧化型氣體吸附到P型半導體上時，則載流子增多，使半導體電阻值下降。工作原理

N型半導體吸附氣體時器件阻值變化圖燒結型燒結型氣敏器件的制作是將一定比例的敏感材料（SnO2、ZnO等）和一些摻雜劑（Pt、Pb等）用水或粘合劑調(diào)合，經(jīng)研磨后使其均勻混合，然后將混合好的膏狀物倒入模具，埋入加熱絲和測量電極，經(jīng)傳統(tǒng)的制陶方法燒結。最后將加熱絲和電極焊在管座上，加上特制外殼就構成器件。該類器件分為兩種結構：直熱式和旁熱式。直熱式器件管芯體積很小，加熱絲直接埋在金屬氧化物半導體材料內(nèi)，兼作一個測量板。旁熱式氣敏器件是把高阻加熱絲放置在陶瓷絕緣管內(nèi)，在管外涂上梳狀金電極，再在金電極外涂上氣敏半導體材料，就構成了器件。克服了直熱式結構的缺點，器件的穩(wěn)定性得到提高薄膜型制作采用蒸發(fā)或濺射的方法，在處理好的石英基片上形成一薄層金屬氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出電極。實驗證明：SnO2和ZnO薄膜的氣敏特性較好。優(yōu)點：靈敏度高、響應迅速、機械強度高、互換性好、產(chǎn)量高、成本低等厚膜型厚膜型氣敏器件是將SnO2和ZnO等材料與3％～15％重量的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印制到裝有鉑電極的氧化鋁基片上，在400～800℃高溫下燒結1～2小時制成優(yōu)點：一致性好，機械強度高，適于批量生產(chǎn)

接觸燃燒式氣敏傳感器在鉑絲線圈上涂有氧化鋁制成球狀物燒結，再在外表面敷設鉑（Pt）、鈀（Pd）和銠（Rh）等稀有金屬催化劑。測量電路為電橋，氣敏傳感器主要用在可燃性氣體測量及泄漏報警等裝置上。

紅外線氣敏傳感器工作原理：由兩個以上不同原子構成的氣體分子，具有偶極矩，當紅外波段的光線照射它時，產(chǎn)生核間隔振動性的變化運動和整個分子繞一個軸作回轉(zhuǎn)運動的能級遷移，吸收取決于該分子結構的特定波長的光。測量這種吸收光譜，則可判別氣體分子的種類；測吸收強度就可知道被測氣體的濃度氣敏傳感器的應用(1)家用煤氣、液化石油氣泄漏報警器(2)瓦斯報警器適用于小型煤礦和家庭(3)酒精測試儀用來探測汽車尾氣的濃度(4)自動換氣扇采用氣體傳感器對廚房內(nèi)的的可燃性氣體進行檢測，根據(jù)檢測結果對換氣扇進行控制的一種自動裝置.(5)自動抽油煙機自動抽油煙機能感知廚房的油煙等所造成的室內(nèi)空氣污染，并自動開啟排風扇，排除油煙等有害氣體，凈化室內(nèi)空氣。濕敏傳感器為什么要測量濕度？生產(chǎn)過程的空氣質(zhì)量室內(nèi)空氣質(zhì)量貯存/催熟烘干過程讓設備高效率地進行生產(chǎn)消耗最低的能量更舒適安全更高的工作效率達到/保持成品的最佳品質(zhì)使產(chǎn)品或原材料達到最佳品質(zhì)面條烘干生產(chǎn)過程中的空氣質(zhì)量濕度絕對濕度（AH)絕對濕度是指單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，其數(shù)學表達式為

絕對濕度給出了水分在空氣中的具體含量。相對濕度(RH)

相對濕度是指待測空氣中實際所含的水蒸氣分壓與相同溫度下飽和水蒸氣壓比值的百分數(shù)。其數(shù)學表達式為：

相對濕度給出了大氣的潮濕程度。實際中常用界限電流式濕敏傳感器濕敏傳感器電阻式電容式其它電解質(zhì)式陶瓷式高分子式陶瓷式高分子式光纖濕敏傳感器二極管式、石英振子、SAW式、微波式、熱導式等利用器件電阻值隨濕度變化的基本原理來進行工作的，其感濕特征量為電阻值。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。工作原理工作原理利用濕敏元件電容量隨濕度變化的特性來進行測量的，通過檢測其電容量的變化值，從而間接獲得被測濕度的大小電解質(zhì)式（氯化鋰）電阻濕敏傳感器

氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解，離子導電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。它由引線、基片、感濕層與電極組成。氯化鋰通常與聚乙烯醇組成混合體，在氯化鋰（LiCl）溶液中，Li和Cl均以正負離子的形式存在，而Li＋對水分子的吸引力強，離子水合程度高，其溶液中的離子導電能力與濃度成正比。當溶液置于一定溫濕場中，若環(huán)境相對濕度高，溶液將吸收水分，使?jié)舛冉档?，因此，其溶液電阻率增高。反之，環(huán)境相對濕度變低時，則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而實現(xiàn)對濕度的測量。氯化鋰濕度—電阻特性曲線陶瓷式電阻濕敏傳感器

通常，用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結而成為多孔陶瓷。這些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等。前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降，故稱為負特性濕敏半導體陶瓷最后一種的電阻率隨濕度增加而增大，故稱為正特性濕敏半導體陶瓷

Fe3O4半導瓷的正濕敏特性

陶瓷式電阻濕敏傳感器的特點

傳感器表面與水蒸氣的接觸面積大，易于水蒸氣的吸收與脫卻；陶瓷燒結體能耐高溫，物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定，適合采用加熱去污的方法恢復材料的濕敏特性；可以通過調(diào)整燒結體表面晶粒、晶粒界和細微氣孔的構造，改善傳感器濕敏特性。陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。MgCr2O4-TiO2陶瓷

Ｐ型半導體，它的電阻率低，阻值溫度特性好，負特性半導瓷ZnO-Cr2O3陶瓷濕敏元件將多孔材料的金電極燒結在多孔陶瓷圓片的兩表面上，并焊上鉑引線，然后將敏感元件裝入有網(wǎng)眼過濾的方形塑料盒中用樹脂固定高分子式電阻濕敏傳感器當水吸附在強極性基高分子上時，隨著濕度的增加吸附量增大，吸附水之間凝聚化呈液態(tài)水狀態(tài)。在低濕吸附量少的情況下，由于沒有荷電離子產(chǎn)生，電阻值很高；當相對濕度增加時，凝聚化的吸附水就成為導電通道，高分子電解質(zhì)的成對離子主要起載流子作用。此外，由吸附水自身離解出來的質(zhì)子（H+）及水和氫離子（H3O+）也起電荷載流子作用，這就使得載流子數(shù)目急劇增加，傳感器的電阻急劇下降。利用高分子電解質(zhì)在不同濕度條件下電離產(chǎn)生的導電離子數(shù)量不等使阻值發(fā)生變化，就可以測定環(huán)境中的濕度。利用高分子電解質(zhì)吸濕而導致電阻率發(fā)生變化的基本原理來進行測量的高分子式電阻濕敏傳感器測量濕度范圍大，工作溫度在0～50℃，響應時間短（<30s），可作為濕度檢測和控制用。電容式濕敏傳感器

有效利用濕敏元件電容量隨濕度變化的特性來進行測量的，通過檢測其電容量的變化值，從而間接獲得被測濕度的大小濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。電容式濕敏傳感器檢測范圍寬，線性好，因此在實際中得到了廣泛的應用房間濕度控制器(a)安裝示意圖

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