空气传感器TGS2600在空气质量监测中的应用

Ｚｈａｎｇ ，Ｊ ｉｎｇ Ｌｕ ，Ｙａｎｈｅ Ｚｈａｏ ，Ｊ ｉａｂｉｎ
摘要： ＴＧＳ２６００ 是 日 本 ＦＩＧＡＲＯ 公 司 生 产 的 一 种 半 导 体 空 气 传 感 器 ， 它 能 够 灵 敏 地 感 知 空 气 中 的 低 浓 度 污 染 物 的 异 味 ， 具 有
成 本 低 、体 积 小 、寿 命 长 、选 择 性 和 稳 定 性 好 等 特 性 。ＴＧＳ２６００ 可 广 泛 用 于 空 气 质 量 监 测 、自 动 通 风 换 气 系 统 、空 气 清 新 机 和
２．２ ＴＧＳ２６００ 传感器基本测量电路
技 传感器基本测量电路如图 １ 所示。此传感器要求 有两个电压输入： 加热器电压 ＶＨ 和电路电压 ＶＣ。加热
术 器电压 ＶＨ 加于集成加热器上以保持传感 器在一个特 定的最佳感应温度。电路电压 ＶＣ 被加载 以便于测量
创 与气敏元件串联的负载电阻电压 Ｖｏｕｔ。此传感器有极 新 性所以电路电压 ＶＣ 必须是直 流。可以用一 个公共的
1
中的高灵敏度及其优异的表现， 它可以对室内空气的
CH4
异常作出与人的感觉类似的反映， 甚至可以比人更灵
CO
敏。ＡＭ－ １ 能在 ５０ｍ３ 的室内准确地感知到一只香烟的
C4H10
燃烧所带来的变化。它良好的灵敏度是通过电阻的变 化而获得的。ＡＭ－ １ 分四个级别来评估室内的污染程
0.1
H2
度， 这可以通过 ５ 个不同颜色的发光二极管来指示。
合理选择负载电阻 ＲＬ 使报警门限电压最优化， 并使半 如图 ４ 中虚线框所示。
导体传感器功耗小于 １５ｍｗ。当目标气体存在时， 传感
器功耗在 ＲＳ 与 ＲＬ 相等时最大。
２．３ ＴＧＳ２６００ 传感器灵敏度特性 ２．３．１ 典型灵敏度特性曲线
TGS2600
FIC93619A
NR2000
典型灵敏度特性如图 ２ 所示， 所有数据都采集于
+ +
径。
１ 半导体气敏传感器及其特性
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体（ 主 要是金属氧化物） 表面接触时， 产生的电导率等物性 变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态
VH VC
Rs
GAS
-
+
RL
VOUT
下， 当气体接触器件表面而被吸附时， 吸附分子首先 在表面自由地扩散（ 物理吸附） ， 失去其运动能量， 其 间的一部分分子蒸发， 残留分子产生热分解而固定在 吸附处（ 化学吸附） 。这时， 如果器件的功函数小于吸
电源来同时供给 ＶＨ 和 ＶＣ 以满足传感器的电 气需求。
ÁÂÃÄ轴表示传感器灵敏度（电阻比）ＲＳ／Ｒ０，其中ＲＳ为清新
空气中的传感器在不同温、湿度条件下的阻值； Ｒ０ 为 清 新 空 气 中 的 传 感 器 在 ２０℃及 ６５％相 对 湿 度 下 的 阻 值。
10
1
0.1 -20
R.H.
35 65 95
曲线
一个敏感度开 关 ， 有“Ｈ”和“Ｌ”可 供 选 择 ， 可 按 照 需 求
典型的温度、湿度依赖特性如图 ３ 所示。同样， Ｙ 和运用场合而设定。
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《 Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
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传感器与仪器仪表
表 １ 指示灯与污染级别
中图分类号： ＴＰ２１２．９
文献标识码： Ｂ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： ＴＧＳ２６００ ｉｓ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｉｒ ｓｅｎｓｏｒ ｍａｄｅ ｂｙ ＦＩＧＡＲＯ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ． Ｉｔ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｓｅｎｓｅ ｔｈｅ ｏｄｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｗ ｃｏｓｔ， ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ， ｌｏｎｇ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ， ａｎｄ ｇｏｏｄ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｉｔ ｃａｎ

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３．２ 实验结果 将 ＡＭ－ １ 固定在一个空间为 １ ｍ３ 的测试箱中， 箱 中安置有摄像头和排气孔， 箱子的四周开有玻璃的观 察窗。上电以后， 要预热 ３ 分钟， 这时绿灯闪烁。如果 空气质量好， 绿灯亮。利用图 ４ 的实验电路， 将传感器 的输出信号送入 ＮＲ２０００ 采集器， 再通过 ＵＳＢ 接口送 入 计 算 机 。 在 箱 中 分 别 燃 烧 纸 、布 、塑 料 、尼 龙 和 香 烟 等 材 料 ， 测 试 出 的 数 据 表 明 ＴＧＳ２６００ 灵 敏 度 高 ， 区 分 度好， 很好的反映出了不同物质燃烧前、燃烧中 、燃烧 后各个阶段产生烟雾和气味的情况。 传感器输出电 压波形图（略可向作者索取）为用燃烧棉布（ １０＊ １０ｃｍ） 和毛织物（ １０＊ １０ｃｍ） 测出的数据所绘制的波形图。
附着的空气中的 Ｏ２ 会捕捉电子， 而呈现出高阻状态； 相反的， 若有目标气体存在， 则因为会与氧产生一种 燃烧反映， 自由电子的量增加， 而电阻值则降低。用一 个测量电路能将该传导率的变化转化成对应于气体
浓度变化的输出信号。 ＴＧＳ２６００ 是 日 本 ＦＩＧＡＲＯ 公 司 开 发 生 产 的 一 种
0
20
40
ÁC
图 ３ 典型温度、湿度依赖特性曲线
３ ＴＧＳ２６００ 传感器的 典型应用
３．１ 实验电路 分析和处理传感器输出信号通常有两种方案可 供选择： 一是使 用 ＦＩＧＡＲＯ 公司开发 的专用模块—空 气质量控制板 ＡＭ－ １， 其上载有一款专用 的微处理器（ ＦＩＣ９３６１９Ａ）， 它包含有处理传感器信号的特殊软件， 还 带有温度和湿度补偿， 给空气质量监测提供了一种新 的简单的手段； 二是选用其它型号的微处理器并通过 编程实现信号处理。空气质量控制板 ＡＭ－ １ 的结构图
参考文献 ［１］黄贤武， 郑莜 霞．传 感器 原 理 与应 用．成 都： 电 子 科 技大 学 出 版 社，１９９５ ［２］ＴＧＳ ２６００ － ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ， ＦＩＧＲＯ ＧＲＯＵＰ， ２００４ ［３］Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｉｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ ＡＭ－ １， ＦＩＧＲＯ ＧＲＯＵＰ， ２００４ ［４］郑 爱 红，周 仲． 温 度 控 制 系 统 的 信 号 采 样 放 大 及 Ａ／Ｄ 转 换 电 路设计［ Ｊ］ ．微计算机信息， ２００５，７：１４２－ １４５
技 ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ａｉｒ ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ， ａｎｄ ａｉｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｅｑｕｉｐ－
ｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ＴＧＳ２６００
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０３－ １－ ０２０１－ ０３
传感器与仪器仪表
空气传感器 ＴＧＳ ２６００ 在空气质量监测中的应用
Ａｐ ｐ ｌｉｃａ ｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ａｉｒ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ＴＧＳ ２６００ ｉｎ Ｍｏ ｎ ｉｔｏ ｒｉｎ ｇ Ａｉｒ Ｑｕ ａ ｌｉｔｙ （１． 重庆工学院；２． 日本山口大学）张 兢 １ 路 彦 和 １ 赵 家 斌 ２
新型半导体气体传感器， 能够灵敏地感知空气中的低 浓度污染物的异味， 如空气中的低浓度香烟污染物和 其它异味， 对 Ｈ２、ＣＯ 等有较高的敏感度。该传感器能 检测到几个 ｐｐｍ 级 Ｈ２ 含量。ＴＧＳ２６００ 具有成本低、体 积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性， 可广泛用于 空 气 质 量 监 测 、自 动 通 风 换 气 系 统 、空 气 清 新 机 和 气 流控制设备中。该器件比较适合于在室温下长时间通 电连续工作。由 于采用小型 化芯片， ＴＧＳ２６０２ 的加 热 器所需电 流仅为 ４２ｍＡ， 并且 安 置 于 标 准 ＴＯ－ ５ 封 装 中。
ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ．
术
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｉｒ ｓｅｎｓｏｒ ； ＴＧＳ２６００； ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｏｆ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ； ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ
创
引言
近年来， 空气质量监测越来越受到人们的重视， 国内外的众多企业与研究机构在气体传感器研发领 域取得了长足进步， 目前气体传感器正向集成化、智 能化、多参数检测的方向迅速发展。日 本 ＦＩＧＡＲＯ 公 司开发生产的系列半导体气体传感器代表了目前气 体传感器领域最新的水平， 为研究开发空气质量监测 系统创造了有利条件， 提供了一条简单而实用的途
器件的功函数大于吸附分子的离解能， 吸附分子将向 气敏元件由一个以金属铝做衬底的金属氧化物敏感
器件释放电子， 而成为正离子吸附。具有这种正离子 芯片和一个完整的加热器组成。利用加热器加热， 以
吸附倾向的气体有 Ｈ２、ＣＯ、碳 氢化合物和 酒类等， 称 侦 测 气 体 附 着 于 金 属 氧 化 物 表 面 而 产 生 的 电 阻 值 的
气 流 控 制 设 备 中 。 文 中 阐 述 了 ＴＧＳ２６００ 空 气 传 感 器 的 内 部 结 构 和 工 作 原 理 ， 并 给 出 了 一 个 用 ＴＧＳ２６００ 设 计 的 空 气 质 量 监 测
电路和具体空气质量监测实验结果。
关键词： 空气传感器； ＴＧＳ２６００； 空气质量监测； 空气污染
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图 １ 传感器基本测量电路