气敏传感器

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在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在,戊烷以上为液体。 如 遇明火,即可燃烧,发生“瓦斯”爆炸,直接威胁着矿工的生命安 全。因此,矿井工作对“瓦斯”十分重视,除去采取一些必要的安 全措施外,有的矿工会提着一个装有金丝雀的鸟笼下到矿井,把鸟 笼挂在工作区内。原来,金丝雀对“瓦斯”或其他毒气特别敏感, 只要有非常淡薄的“瓦斯”产生,对人体还远不能有致命作用时, 金丝雀就已经失去知觉而昏倒。矿工们察觉到这种情景后,可立即 撤出矿井,避免伤亡事故的发生
一、可燃气体传感器的检测原理
3. 气敏传感器的连接及调测
举例:二氧化钛氧浓度传感器的连接以及调测
氧浓度传感器结构图中,二氧化钛气敏电阻与补偿热 敏电阻同处于陶瓷绝缘体的末端。当氧气含量减小时, RTiO2的阻值减小,Uo增大。
在测量转换电路中,与TiO2气敏电阻串联的热敏电阻 Rt 起温度补偿作用。当环境温度升高时,TiO2气敏电阻的 阻值会逐渐减小,只要Rt也以同样的比例减小,根据分压 比定律,Uo不受温度影响,减小了测量误差。
半导体式气敏传感器的结构及工作原理(P42)
半导体式气敏传感器: – 利用半导体气敏元件同气体接触,造成半导 体性质发生变化的原理来检测特定气体的成 分或者浓度
半导体式气敏传感器可分为电阻式和非电阻式 (电阻式和非电阻式的原理需了解)
半导体式气敏传感器
电阻式
烧结型 薄膜型 厚膜型
参考书 上图片 理解
面而被吸附时,被吸附的分子首先在表面物性自由扩散 ,失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留 分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。
当氧化型气体吸附到N型半导体(SnO2, ZnO)上,还原型气 体吸附到P型半导体(CrO3)上时,将使半导体载流子减少, 而使电阻值增大。
当还原型气体吸附到N型半导体上,氧化型气体吸附到P型半 导体上时,则载流子增多,使半导体电阻值下降。
气敏传感器外形
酒精传感器 半导体气敏传感器应用最多。它的应用主要有:一氧化碳气体 的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂的检测、呼气 中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期,纤维素和有机质经厌氧菌的作用 分解而成。在高温、高压的环境中,在成煤的同时,由于物理和化学 作用,继续生成瓦斯。 瓦斯是无色、无味的气体,但有时可以闻到类 似苹果的香味,这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。 瓦斯对空气的相对密度是0.554,在标准状态下瓦斯的密度为 0.716kg/m³,瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍,难溶于水,不助燃也 不能维持呼吸,达到一定浓度时,能使人因缺氧而窒息,并能发生燃 烧或爆炸。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。
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《传感器技术》
一、可燃气体传感器的检测原理
3. 气敏传感器的连接及调测
举例:二氧化钛氧浓度传感器的连接以及调测
TiO2氧浓度传感器结构
1-外壳(接地)2-安装螺栓 3-搭铁线 4-保护管 5—补偿电阻 6-陶瓷片 7-TiO2氧敏电阻 8-进气口 9-引脚
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《传感器技术》
TiO2氧浓度传感器 测量转换电路
(1)直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)
由芯片(敏感体和加热器),基座和
加热极兼电极
金属防爆网罩三部分组成。因其 SnO2烧结体
3
热容量小、稳定性差,测量电路
41
3
与加热电路间易相互干扰,加热 1
2
4
器与SnO2基体间由于热膨胀系数 2 的差异而导致接触不良,造成元
件的失效,现已很少使用。
家庭用煤气报警器
家庭用液化气报警器
一氧化碳传感器
NH3传感器
甲烷传感器
可燃气体传感器的检测原理
举例:二氧化钛氧浓度传感器的连接以及调测
二氧化钛氧浓度传感器的工作原理:半导体材料二氧 化钛(TiO2)属于N型半导体,对氧气十分敏感。其电 阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气 浓度较大时,氧原子进入二氧化钛晶格,改变了半导 体的电阻率,使其电阻值增大。
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《传感器技术》
二、油烟检测原理
MF12型 NTC热敏 电阻
聚脂塑料封 装热敏电阻
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《传感器技术》
二、油烟检测原理
玻璃封装 NTC热敏 电阻
大功率PTC热敏电阻
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《传感器技术》
二、油烟检测原理
贴片式NTC热敏电阻
非标热敏电阻
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《传感器技术》
MQ-2 可燃气体、烟雾 MQ-4 天然气、甲烷 MQ-5 液化气、甲烷、煤制气 MQ-6 液化气、异丁烷、丙烷 MQ-8 氢气、煤制气 MQ-7 一氧化碳CO MQ-9 一氧化碳、可燃气体 MQ-3 酒精(乙醇) MQ213 酒精 MP-4 天然气 MP-6 液化气 MP-7 一氧化碳MP-8 氢气
一、可燃气体传感器的检测原理
4. 气体检测系统的组成
思考题:请同学们根据已介绍的气体传感 器的基本检测电路和电子线路设计知识,设计 一个完整的气体检测系统。
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《传感器技术》
一、可燃气体传感器的检测原理
5. 气体检测使用注意事项 1)气敏电阻使用时一定要加热
一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供 低电压加热。加热温度对气敏电阻的特性影响很大 ,因此加热器的加热电压必须恒定。
传感器技术
气体传感器
-1-
任务一 可燃气体检测
气敏传感器的定义:
–是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏 感器件,它将气体种类及其浓度有关的信息转换 成电信号,根据这些电信号的强弱便可获得与待 测气体在环境中存在情况有关的信息。
气敏传感器可分为半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器 和电化学气敏传感器等
二极管气敏传感器
非电阻式
MOS二极管气敏传感器
Pd(铂)—MOSFET气敏传感器
2、电阻式气敏传感器的结构
SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型
应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径≤1μm)的SnO2
粉体为基本材料,根据需要添加不同的添加剂,混合均匀作为原 料。主要用于检测可燃的还原性气体,其工作温度约300℃。根 据加热方式,分为直接加热式和旁热式两种。
如前所述,MQN型气敏传感器使用时气敏电阻 工作时必须加热到200300℃,其目的是加速被测 气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面 的污物(起清洁作用)。
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《传感器技术》
一、可燃气体传感器的检测原理
5. 气体检测使用注意事项
2)温度补偿
半导体气敏电阻在气体中的电阻值与温度和湿度有 关。当温度和湿度较低时,电阻值较大;温度和湿度 较高时,电阻值较小。因此,即使气体浓度相同,电 阻值也会不同,需要进行温度补偿。
器 件 电 阻 / k
10 0
稳 定状 器件加热 态
响 应 时 间 约 1 min 以 内 氧 化型
50
5 加 热开 关
2 mi n 4 min 大 气中
Hale Waihona Puke Baidu
还 原型 吸 气时
N型半导体吸附气体时器件 阻值变化图
P型半导体吸附气体时 器件阻值变化图
规则总结:
N型半导体,又称电子型半导体; P型半导体又称空穴型半导体。
氧化型气体+N型半导体:载流子数下降,电阻增加 还原型气体+N型半导体:载流子数增加,电阻减小 氧化型气体+P型半导体:载流子数增加,电阻减小 还原型气体+P型半导体:载流子数下降,电阻增加
4、基本测量电路
气敏电阻式传感器基本测量电路如下图所示。测量电路 包括加热回路和测试回路两部分。
(a)QM-N5测量电路; (b)TGS812测量电路; (c)TGS109测量电路
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一、可燃气体传感器的检测原理
3. 气敏传感器的连接及调测
举例:二氧化钛氧浓度传感器的连接以及调测
二氧化钛氧浓度传感器 可用于汽车或燃烧炉排 放气体中的氧浓度测量。
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汽车尾气分析
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气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图看说明非 线性特性对浓度超 限报警是否有利?
三、可燃气体及油烟检测的实现
1. 可燃气体检测的实现
MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有 不同的电阻值,请根据已学的气体传感器和电子线 路的有关知识对如下图所示煤气检测电路进行分析:
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煤气检测电路
《传感器技术》
三、可燃气体及油烟检测的实现
2. 油烟蒸汽检测的实现
对油烟蒸气的检测选用热敏电 阻,本设计选用NTC负温度系 数热敏电阻NTCMF5A,请根 据已学的温度传感器和电子线 路的有关知识对如右图所示煤 气检测电路进行分析。
(a)结构
(b)符号
直热式气敏器件结构及符号
(2)旁热式SnO2气敏元件
加热器
电极
加热器电阻值一 般为30Ω~40Ω
6
1
4
2
3
SnO2烧结体
5
瓷绝缘管
(a)结构
(b)符号
旁热式气敏器件结构及符号
3、基本原理
– 是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件 阻值变化而制成的。举个例子
H2+CuO == H2O + Cu – 当半导体器件被加热到稳定状态,在气体接触半导体表
如前所述,TiO2氧浓度传感器的测量转换电路中, 与TiO2气敏电阻串联的热敏电阻Rt 起温度补偿作用 。
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《传感器技术》
温度补偿中实用的热敏电阻工作原理 半导体热敏电阻简称热敏电阻,是一种新型的半导测
温元件。
热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显 著变化的特性实现测温的。半导体热敏电阻有很高 的电阻温度系数,其灵敏度比热电阻高得多。而且 体积可以做得很小,故动态特性好,特别适于在100℃~300℃之间测温。
此测试器只要向传感 器呼一口气,根据LED亮 的数可知是否喝酒,并可
大致了解饮酒多少。
LM3914是10位发光二极管驱动器,它 可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动 10位发光二极管来进行点显示或柱显示。
TGS-8系列的气敏传感器
可燃气体泄漏报警器
采用载体催化型MQ系列气敏传感器,作为检测探头。报警 灵敏度从0.2%连续可调.当空气中可燃气体浓度达到0.2%时, 报警器发出声光报警提醒用户及时处理,同时可以通过继电 器控制排风扇向外抽排有害气体。
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油烟检测电路
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简易酒精测试器
采用TGS812型酒精传感器,对酒精有较高的灵敏度(对一氧化碳也 敏感) .其加热及工作电压都是5V,加热电流约125mA。
传感器的负载电阻为 R1及R2,其输出直接接LED显示驱动器 LM3914。当无酒精蒸汽时,R1及R2上的输出电压很低,随着酒精蒸 汽的浓度增加,输出电压也上升,则LM3914的LED(共10个)亮的 数目也增加。
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