1、第11章 氣體傳感器,第11章 氣體傳感器,11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器 11.2接觸燃燒式氣敏傳感器 11.3半導(dǎo)體氣體傳感器 11.4紅外氣體傳感器 11.5濕式氣體傳感器,11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器,1原理 不同種類、不同濃度的氣體，其熱導(dǎo)率不同，在同樣的加熱條件下，其溫度也不同，進(jìn)而氣敏元件電阻不同。 2測量電路 直流電橋電路,11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器,3種類 熱線式（金屬電阻絲）氣敏傳感器 熱敏電阻式氣敏傳感器 4應(yīng)用 真空測量 可燃性氣體的測量和報(bào)警,11.2接觸燃燒式氣敏傳感器,1.結(jié)構(gòu)原理 R=T=H/h=/h,11.2接觸燃燒式氣敏傳感器,2.測量電路 直流電橋電路，工作電流100

2、200mA 3.應(yīng)用 檢測可燃性氣體,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,11.3.1 半導(dǎo)體氣體傳感器及其分類 原理 金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷氣敏材料與被測氣體接觸，由于氣體的吸附，引起材料電學(xué)性能的變化，以此檢測特定氣體及其濃度。 分類 電阻型：表面控制型；體控制型； 非電阻型：二極管整流特性型；晶體管特性性；（都屬于表面控制）,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,11.3.2 主要特性及其改善 1.氣體選擇性及其改善 氣體選擇性：對不同氣體的敏感特性。 改善方法：摻雜（氧化物或添加物）； 控制氣敏元件的燒結(jié)溫度； 改善氣敏元件工作時(shí)的加熱溫度。 2.氣體濃度特性 氣體傳感器的輸出量與被測氣體濃度之間的關(guān)系，這是

3、氣體傳感器的基本特性。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,3.初始穩(wěn)定、氣敏響應(yīng)和復(fù)原特性 任何半導(dǎo)體氣敏元件內(nèi)部均有加熱絲，一方面用來燒灼元件表面油垢或污物，其次是用來加速元件對被測氣體的吸、脫作用，加熱溫度一般為200400。,氣敏傳感器的外形及其基本測量電路。,初始穩(wěn)定：加熱 穩(wěn)定電阻輸出特性（過渡時(shí)間和穩(wěn)定電阻值）； 氣敏響應(yīng)：氣敏元件接觸被測氣體 電阻值變化（過渡過程的時(shí)間）； 復(fù)原性：測試結(jié)束 電阻值復(fù)原到潔凈空氣中保存狀態(tài)的固有電阻值(Ra=103105)的時(shí)間。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,4.靈敏度的提高與穩(wěn)定性改善 添加金屬或金屬氧化物材料的催化作用來提高靈

4、敏度。 添加“融劑”和“緩融劑”，控制氣敏材料的燒制過程，可以改善其穩(wěn)定性。 5.溫度、濕度的影響及其它問題 環(huán)境溫、濕度對氣敏元件的氣敏特性有影響（見圖11-7），氣敏元件的加熱絲電壓決定元件的工作電流，也會(huì)影響元件的氣敏特性。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,11.3.3 電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器(氣敏電阻) 1、表面控制型氣敏電阻 利用半導(dǎo)體材料表面吸附氣體引起氣敏元件電阻值變化的特性制成。主要用于檢測可燃性氣體。半導(dǎo)體材料多數(shù)采用SnO2和ZnO等難還原的氧化物。 結(jié)構(gòu)和電阻特性 : 多孔質(zhì)燒結(jié)體敏感元件； 薄膜敏感元件； 厚膜敏感元件； 多層結(jié)構(gòu)敏感元件。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,燒結(jié)體元

5、件,厚膜元件,薄膜元件,多層結(jié)構(gòu)元件,氣敏特性,電阻特性 logR=mlogC+n,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,2傳感器類型 氧化錫類氣體傳感器 敏感元件主要類型是燒結(jié)體，薄膜，厚膜 氧化鋅及其它類氣體傳感器 與SnO2類相比，工作溫度范圍高出100C 工作原理 表面控制型氣體傳感器，其半導(dǎo)體氣敏材料表面吸附有氣體時(shí)，則半導(dǎo)體和吸附的氣體之間會(huì)有電子的施受發(fā)生，造成電子的遷移從而形成表面電荷層，最終引起元件電阻值的變化。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,3.體控制型氣敏電阻 三氧化二鐵類氣體傳感器 鈣鈦礦類氣體傳感器 燃燒控制用氣體傳感器,燃燒控制用鎳酸鑭氣體傳感器的氣敏特性,Co1xMgxO敏感元件

6、的敏感特性,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,11.3.4 非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器 1.二極管氣體傳感器 如果二極管的金屬與半導(dǎo)體的界面吸附有氣體，而這種氣體又對半導(dǎo)體的禁帶寬度或金屬的功函數(shù)有影響的話，則其整流特性會(huì)變化。,用于檢測H2的鈀氧化鈦二極管的伏-安特性曲線,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,2.MOS二極管氣體傳感器 鈀MOS二極管敏感元件結(jié)構(gòu) 鈀MOS二極管敏感元件的 C-U特性 檢測原理：利用MOS 二極管的C-U特性檢測H2,敏感元件的光電特性也可檢測H2,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,3.MOS場效應(yīng)晶體管氣體傳感器 結(jié)構(gòu)： 檢測原理：MOS場效應(yīng)晶體管漏極 電流ID由柵壓控制，將柵極與漏

7、極 短路，在源極與漏極之間加電壓， 則ID=(UUT)2 11.3.5 半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用 半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、使用壽命長和成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于有毒有害、易燃易爆氣體的檢測、控制和報(bào)警等。,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,表11-4氣體傳感器的應(yīng)用,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,1氣體報(bào)警器 圖11-20 簡易家用氣體報(bào)警器電路,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,2煤氣報(bào)警器 圖11-21 分段報(bào)警式城市煤氣報(bào)警器電路圖,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,3火災(zāi)煙霧報(bào)警器 圖11-22 氣敏、熱敏火災(zāi)煙霧報(bào)警器電路圖,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,4空氣凈化換氣扇 圖11-23 自動(dòng)換氣扇電路圖,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,5酒精探測器 圖11-24 攜帶式酒精探測儀電路圖,11.3半導(dǎo)體氣體傳感器,6CO濃度測控 圖11-25 CO傳感器應(yīng)用電路,11.4紅外氣體傳感器,電容麥克型 量子型,結(jié)構(gòu) : 極譜式 原電池式 檢測