第十一章 气敏传感器
气敏传感器的工作原理
气敏传感器的工作原理
气敏传感器是一种能够感知气体浓度变化并将其转化为电信号输出的传感器。
它在工业、环保、医疗、家用等领域有着广泛的应用，其工作原理主要基于气体的吸附、扩散和反应等物理化学过程。
首先，气敏传感器的工作原理涉及到气体与敏感材料表面的相互作用。
当目标
气体接触到传感器的敏感材料表面时，气体分子会发生吸附、扩散和反应等过程。
这些过程会导致敏感材料的电学性质发生变化，从而产生电信号输出。
其次，气敏传感器的工作原理还与敏感材料的特性密切相关。
一般来说，气敏
传感器的敏感材料是一种能够与目标气体发生特定反应的材料，比如金属氧化物、半导体等。
这些材料在接触目标气体后，会发生电学性质的变化，进而产生电信号输出。
此外，气敏传感器的工作原理还与传感器的结构设计有关。
传感器通常由敏感
元件、信号处理电路和外壳等部分组成。
敏感元件负责感知气体浓度变化并产生电信号，信号处理电路则对电信号进行放大、滤波和转换，最终输出给用户需要的形式。
在实际应用中，气敏传感器的工作原理不仅仅局限于单一的物理化学过程，还
涉及到温度、湿度、气体流速等环境因素的影响。
因此，为了确保传感器的准确性和稳定性，需要对传感器进行严格的校准和环境适应性测试。
总的来说，气敏传感器的工作原理是基于气体与敏感材料的相互作用，通过敏
感材料的电学性质变化产生电信号输出。
在实际应用中，还需要考虑到敏感材料的特性、传感器的结构设计以及环境因素的影响。
通过对这些因素的深入研究和理解，可以更好地设计和应用气敏传感器，满足不同领域的需求。
气敏传感器
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。
(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
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
气敏传感器
1.2 主要特性参数
1．回路电压 测试气敏传感器的回路所加的电压称为回路电压。
2．标定气体电压
在标定气体中，气敏传感器负载电阻的电压称为标定气体电压，
用UCS 表示。显然，UCS 与传感器工作电阻 RS、负载电阻 RL 及回路电压UC
有关，即
U CS
UC RL RS RL
（6-1）
3．洁净空气电压
（a）实物 （b）引脚图 （c）符号
f—加热电极； A、B—气敏电极
按照结构的不同，电阻型半导体式气敏传感器的敏感元件又可分为烧结型、薄膜型和厚膜型
（1）烧结型气敏元件。 工艺最成熟，且应用最广泛。
（2）薄膜型气敏元件。
优点：颗粒较小，且具有灵 敏度高、响应速度快、机械 性能好和成本低等。
图6-4 烧结型气敏元件的结构
洁净空气电压是指在洁净空气中气敏传感器负载电阻上的电压，用 UO 表示。
UO 与固有电阻 R0、负载电阻 RL 及回路电压UC 的关系可表示为
UOUC RL R0 RL Nhomakorabea（6-2）
4．固有电阻和工作电阻
固有电阻 表示气敏传感器在正常空气条件下（或洁净空气条件下）的阻 值，又称正常电阻；工作电阻 则表示气敏传感器在一定浓度的检测气体中的 阻值。
传感器原理与应用
1.1 工作原理和分类
1．半导体式气敏传感器
按照半导体物理特性的不同，可将其分为电阻型和非电阻型两类。
电阻型半导体式气敏传感器中，气敏半导体材料吸附气体时，其阻值会产生 变化，利用这一原理，便可通过测量阻值的变化而检测气体的成分或浓度。
（a）
（b）
（c）
图6-3 电阻型半导体式气敏传感器
图6-5 薄膜型气敏元件的结构
《气敏传感器》课件
相对误差
指传感器测量值与真 实值之间的差距，较 小的相对误差表示传 感器的测量精度较高。
工作温度范围
指传感器能够正常工 作的温度范围，对应 不同应用场景需要选 择适合的工作温度范 围。
响应时间
指传感器从检测到气 体变化到输出检测结 果所需的时间，较短 的响应时间意味着传 感器更加敏捷。
气敏传感器的应用
• 空气质量监测 • 工业制程控制 • 安全监测 • 智能家居
气敏传感器的发展趋势
1 微型化
2 智能化
ห้องสมุดไป่ตู้
随着技术的进步，气敏传感器正在朝着更小、 更集成的趋势发展，以适应日益复杂的应用 场景。
借助人工智能和物联网技术，气敏传感器正 在实现智能化，能够自动分析和判断气体状 况，并提供准确的监测结果。
3 多功能化
《气敏传感器》PPT课件
本课件介绍气敏传感器的原理、分类、制备方法、性能指标、应用和未来发 展趋势，帮助你深入了解这一重要领域。
什么是气敏传感器
气敏传感器是一种可以感知气体成分、浓度或相应的物理性质的装置。通过 检测气体的变化，它可以帮助我们了解环境中的气体状况。
气敏传感器的分类
基于传感材料分类
1 薄膜制备法
通过沉积敏感材料在基底上，形成薄膜结构的制备方法。
2 溶胶凝胶法
将溶胶中的成分凝胶化，制备敏感材料的方法。
3 高压方法
利用高压技术将材料转变为具有特殊结构和性质的制备方法。
气敏传感器的性能指标
灵敏度
指传感器对气体的响 应程度，越高说明相 同浓度的气体变化能 够被传感器更好地捕 捉到。
根据传感器所使用的敏感材 料的不同，可以将气敏传感 器分为多种类型，如金属氧 化物传感器、半导体传感器 等。
气敏传感器ppt课件
且价格便宜。 利用特定材料还可以使器件对某些气体特别敏感。
(1) MOS二极管气敏器件 MOS二极管气敏元件制作过程 是在P型半导体硅片上，利用热氧化工艺生成一层厚度为50~100
nm的二氧化硅(SiO2)层，然后在其上面蒸发一层钯(Pd)的金 属薄膜，作为栅电极，如图9-5(a)所示。
M(P d)
气敏传感器
提问：同学们都会知道哪些是有毒有害的气体呢？ 煤气、CO、甲烷、烟雾 是的，这些气体当达到一定浓度的时候都会危机到我们的生命。 2、那我们要如何预防有害气体对我们的生命安全造成的伤害呢？ 装个对这些有害气体敏感的报警器。这章要介绍的气敏传感器就是
这种报警器电路里一个很重要的器件。接下来我们就开始介绍气 敏传感器。
规则总结：
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 、半导体气敏传感器类型及结构
1. 电阻型半导体气敏传感器
电 极 (铂 丝 ) 氧 化 物半 导 体
Si O2 P—Si
C
Ca Cs
a b
O V
(a)
(b)
(c)
图 9-5 MOS二极管结构和等效电路 (a) 结构； (b) 等效电路； (c) C-U特性
(2)MOS场效应晶体管气敏器件
MOSFET)的结构效应晶体管(PdD
Al
Si O2
N＋
N＋
P—Si
图 9-6 钯—MOS场效应晶体管的结构
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ppt分析
0.5 3 3
(单位 : mm)
氧化 物半导 体 Pt电极 氧化 铝基片
7 器件 加热用 的加 热器 (印制 厚膜 电阻 )
(c)
图9-2 气敏半导体传感器的器件结构 (a) 烧结型气敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件
由于加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热
式和旁热式气敏元件。直热式气敏器件的结构及符号如图 9-3 所 示。
表7-3 添加物对SnO2气敏效应的影响
添加物质 PdO,Pd Pd,Pt过渡金属 PdCI2 ，SbCI3 Sb2O3,TiO2TIO3 V2O5，Cu 稀土类 过渡金属 Sb2O3,Bi2O3
高岭土（陶土）， Bi2O3 WO
检测气体 CO，C3H8 酒精 CO，C3H8 CH4，C3H8, CO
2、常见气敏传感器的分类
3、半导体气敏传感器的机理
半导体式气敏传感器： 利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体的电 导率等物理性质发生变化的原理来检测特定气体的 成分或者浓度
材料：气敏电阻的材料是金属氧化物半导体； 其中P型：如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。 N型：如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等。 合成材料有时还渗入了催化剂, 如钯（Pd）、铂 （Pt）、银（Ag）等。
V
图 9-5 MOS二极管结构和等效电路 (a) 结构； (b) 等效电路； (c) C-U特性
(2)MOS场效应晶体管气敏器件 钯-MOS场效应晶体管(PdMOSFET)的结构， 参见图9-6。
S
Pd栅
D Al SiO2
N＋ P—Si
N＋
图 9-6 钯—MOS场效应晶体管的结构
5、气敏元件的基本特性
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。
传感器应用技能实训 11习题答案
技能训练十一气敏传感器二、思考题1．填空题（1）气敏传感器是一种对气体的种类和浓度敏感的传感器。
（2）气敏传感器将被测气体的种类或浓度等变化转换成电阻值的变化，最终以电压或电流形式输出。
（3）气敏传感器接触气体时，由于在其表面吸附，致使其电阻值发生明显变化。
（4）气敏传感器内的加热丝使气敏传感器工作在高温状态，加速被测气体的吸附和氧化还原反应，以提高灵敏度和响应速度；同时通过加热还可以使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。
（5）气敏电阻元件的基本测量电路中有两个电源，一个是工作电源，用来为气敏传感器提供工作电压，一个是加热电源，用来加热电热丝。
（6）气敏电阻接触被测气体时，产生的吸附使半导体材料中电子的密度发生变化，使半导体中的电子密度减小变化，使气敏传感器的电阻变化，从而感知被测气体。
（7）气敏传感器的电阻值与温度和湿度有关，因此需要进行温度补偿，以消除它们的影响。
2．选择题（1）气敏传感器使用（ b ）材料。
a．金属b．半导体c．绝缘体（2）判断气体具体浓度大小的传感器是（ b ）。
a．电容传感器b．气敏传感器c．超声波传感器（3）加快气体反应速度最关键的部件是（ b ）。
a．敏感元件b．加热丝c．催化剂（4）提高气敏传感器选择性最关键的是（ c ）。
a．敏感元件b．加热丝c．催化剂（5）针对不同的检测气体，掺入不同的（ a ）可提高气敏传感器的选择性和灵敏度。
a．催化剂b．加热丝（6）气敏传感器广泛应用于（ a ）。
a．防灾报警b．温度测量c．液位测量（7）大气污染监测采用了（ c ）传感器。
a．热敏b．光敏c．气敏3．问答题（1）什么是气敏传感器？简述其用途。
答：气敏传感器是一种利用被测气体与气敏元件发生的化学反应或物理效应等机理，把被测气体的种类或浓度的变化转化成气敏元件输出电压或电流的变化。
半导体电阻式气敏传感器则是利用气体吸附在半导体上而使半导体的电阻值随着可燃气体浓度的变化而变化的特性来实现对气体的种类和浓度的判断。
气敏传感器
定义：气敏传感器是指将被测气体浓度转换为与其成一定 关系的电量输出的装置或器件。 自从1931年布劳尔(P．Brauer)发现了Cu2O的电导率随水 蒸汽的吸附改变。至今，人们已经相继发现ZnO、Fe2O3、 MgO、SnO2、NiO、Cr2O3、TiO、BaTiO3等都具有气敏效应 。气敏传感器已经发展成为传感器领域的一大体系，已经研
制成功一大批功能各异的气敏传感器，其分类方式也有很多
种．例如按被检测气体分类、按制作方式分类、按工作原理 舟类等不同的分类方法。
气敏传感器的分类(按工作原理分类)：
（1）电量型气敏传感器 电阻式气敏传感器——材料表面吸附气体后电阻值发 生变化 电容式气敏传感器——材料的电容量随周围气体的浓 度发生变化
工作温度大大降低； 大大缩小了传感器的尺寸。
复合型半导体气敏元件
利用互补反馈和互补增强原理制备复合型半导体气敏 元件是提高气敏选择性的一种新方法。复合型半导体气敏 元件一般由2种具有不同敏感特性的敏感体构成，按照敏 感体半导体类型的不同，可以分为n+n、p+p、n+p型复合 气敏元件。 通过这种方法，气敏元件的灵敏度和选择性获得了乘 积放大。有非常好的灵敏度和选择性。并且由于它的选择 性是从元件组装和电路放大中获得的，能较好地排除材料 制备中不确定因素的影响，克服常规方法从材料本身提高 选择性的缺点。
开发新型气敏材料
包括找寻气敏性良好的新型金属氧化物或复合金属氧 化物，采用掺杂技术（特别是过渡金属及其氧化物）改善 材料的气敏选择性，以及在气敏材料制备中引入新技术， 纳米气敏材料是其中最有潜力的一种。
提高检测技术
应用微电子技术、自动化及控制技术，实现传感器智 能化、集成化、多功能化。
气敏传感器_实验报告
一、实验目的1. 了解气敏传感器的工作原理和基本特性；2. 掌握气敏传感器的检测方法及实验操作步骤；3. 分析气敏传感器在不同气体环境下的响应特性。
二、实验原理气敏传感器是一种将气体浓度转换为电信号的传感器。
其基本原理是：当气体分子与半导体材料发生作用时，会引起半导体材料电阻率的变化，从而实现气体的检测。
气敏传感器主要分为半导体气敏传感器和金属氧化物气敏传感器两大类。
三、实验仪器与材料1. 气敏传感器：MQ-2、MQ-3、MQ-5等；2. 气体发生装置：酒精、甲烷、丙烷等；3. 信号发生器：直流稳压电源、信号放大器等；4. 测量仪器：数字多用表、示波器等；5. 实验装置：气敏传感器实验台、实验电路等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将气敏传感器连接到实验电路中；2. 设置实验参数，包括气体种类、浓度、温度等；3. 通电预热气敏传感器，使其达到稳定状态；4. 调节气体发生装置，控制气体浓度；5. 测量气敏传感器的输出电压或电流，记录数据；6. 分析气敏传感器的响应特性，绘制响应曲线。
五、实验结果与分析1. 气敏传感器在不同气体环境下的响应特性（1）MQ-2气敏传感器对酒精的响应特性实验结果表明，MQ-2气敏传感器对酒精的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到酒精。
随着酒精浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在酒精浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
（2）MQ-3气敏传感器对甲烷的响应特性实验结果表明，MQ-3气敏传感器对甲烷的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到甲烷。
随着甲烷浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在甲烷浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
（3）MQ-5气敏传感器对丙烷的响应特性实验结果表明，MQ-5气敏传感器对丙烷的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到丙烷。
随着丙烷浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在丙烷浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
气敏传感器的原理及应用
气敏传感器的原理及应用概述气敏传感器是一种常见的传感器技术，通过对气体的浓度、压力或其他性质进行检测，可以实现对气体的定量或定性分析。
本文将介绍气敏传感器的基本原理和常见的应用。
气敏传感器的原理气敏传感器的工作原理基于气敏材料的特性。
气敏材料是一种能够对特定气体或气体组分产生敏感性反应的材料。
当目标气体与气敏材料接触时，会引发气敏材料内部的化学或物理反应，导致材料的电学性质发生变化。
气敏传感器通过测量这种电学性质的变化来判断目标气体的浓度或存在与否。
气敏传感器的工作原理气敏传感器通常由气敏材料、敏感层、电极等组成。
当目标气体进入敏感层时，与敏感层中的气敏材料发生反应，引起电极上的电流或电压发生变化。
这种变化可以通过测量电极上的电信号来获取目标气体的相关信息。
气敏传感器的分类气敏传感器根据其工作原理和材料特性的不同，可分为以下几类： 1. 气敏电阻型传感器：敏感层是一种气敏电阻材料，其电阻随着目标气体浓度的变化而变化。
最常见的气敏电阻型传感器是以二氧化锡（SnO2）作为敏感材料的，适用于燃气检测、环境监测等领域。
2. 半导体氧化物气敏传感器：敏感层主要由半导体材料构成，常用的气敏材料有二氧化钛（TiO2）、二氧化锰（MnO2）等。
半导体氧化物气敏传感器常用于空气质量检测、工业排气等应用。
3. 电化学气敏传感器：敏感层由一种或多种气敏电化学材料构成，一般用于检测有毒气体如CO、NO2等。
这类传感器通常具有响应速度快、灵敏度高的优点。
气敏传感器的应用气敏传感器在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：工业安全•监测有毒气体：气敏传感器可用于检测工业生产过程中产生的有毒气体，如硫化氢、氰化物等。
及时监测这些有害气体的浓度，可以避免事故和保护工人的安全。
•燃气检测：气敏传感器可以应用于家庭和工业燃气检测中，及时发现燃气泄漏并采取相应的措施，以确保人身和财产安全。
环境监测•空气质量监测：气敏传感器在空气质量监测中起着重要的作用。
气敏传感器
二、常见气敏传感器的原理
（2）SnO2气敏元件的结构 1）烧结型SnO2气敏元件
a）芯片结构；b）符号；c）应用连接方式 直热式气敏元件结构及符号
二、常见气敏传感器的原理
旁热式气敏元件结构及符号 a）管芯结构；b）符号
二、常见气敏传感器的原理
2）厚膜型SnO2气敏元件
3）薄膜型SnO2气敏元件
三、常见气敏传感器的应用
1.有害气体鉴别、报警与控制电路
三、常见气敏传感器的应用
2.瓦斯报警器
三、常见敏传感器的应用
3.酒精检测报警器
四、气敏传感器的使用注意事项
（1）工作环境注意清洁 （2）工作电压要稳定 （3）温度补偿 （4）延时控制
2.ZnO气敏元件 氧化锌的物理、化学性能稳定，也是N型半导体，
具有六方晶系纤锌矿型和立方晶系NaCl型结构。气敏
元件的工作温度较高（400～500℃），ZnO气敏元件也 可分为烧结型、厚膜型和薄膜型三种。 （1）烧结型ZnO气敏元件 烧结型ZnO气敏元件的工作原理与SnO2相似。当使
用铂作为催化剂时，ZnO气敏元件对乙醇、丙烷、丁烷
二、常见气敏传感器的原理
（3）SnO2气敏元件测量电路
SnO2气敏元件测量电路如图所示，图a为直流电 源供电，图b和图c为交流电源供电。图a和图b为旁 热式气敏电阻电路，图c为直热式气敏电阻电路。
a）直流电源供电电路 b）旁热式气敏电阻电路 c）直热式气敏电阻电路
SnO2气敏电子测量电路
二、常见气敏传感器的原理
二、常见气敏传感器的原理
3.γ—Fe2O3气敏元件 由于铁是过渡金属元素，是一种很好的催化剂，因 此γ—Fe2O3半导体不需要加入添加剂就可作气敏元件。 γ—Fe2O3气敏元件对丙烷（C3H8）和异丁烷（i—C4H10）
ch11 气敏传感器及其应用.ppt
半导体气敏器件的分类
一、 电阻型半导体气敏器件
适宜制作半导体气敏传感器的材料主要是氧化物。 由于半导体材料的特殊性质,气体在半导体材料颗粒表 面的吸附可导致材料载流子浓度发生相应的变化,从而 改变半导体元件的电导率。由氧化物半导体粉末制成 的气敏元件,具有很好的疏松性,有利于气体的吸附,因此 其响应速度和灵敏度都较好。通常所指的氧化物半导 体气敏传感器,就是由粉末状氧化物经烧结或沉积而制 成的。
产生电阻值变化使电桥失去平
待测气体
衡。电桥输出信号的大小反映
被测气体的种类或浓度。
11.2 接触燃烧式气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器结构与测量电路原理如图
铂金等金属线圈埋设在氧化催化剂中便构成接触燃烧式气敏 传感器
一般在金属线圈中通以电流，使之保持在300~500℃的高温状 态，当可燃性气体与传感器表面接触，燃烧热进一步使金属 丝温度升高，从而电阻值增大。其电阻值增量为：
1．表面电阻控制型气敏器件
它是利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件 电阻值变化特性制成的一类传感器。多数是以可燃性 气体为检测对象,但如果吸附能力很强,即使是非可燃性 气体也能作为检测对象。这种类型的传感器,具有气体 检测灵敏度高、响应速度比一般传感器快、实用价值 大等优点。
表面电阻控制型半导体气敏器件的工作原理,主要 是靠表面电导率变化的信息来检验被接触气体分子。 因此,要求做这种器件的半导体材料的体内电导率一定 要小,这样才能提高气敏器件的灵敏度。
目前常使用的ν-Fe2O3气敏器件,其结构如图8.49所示。 (氧化物 半导体,由于化学反应强而且容易还原的氧化物,在比较低的 温度下与气体接触时晶体中的结构缺陷就发生变化,继之体电 阻发生变化,因此,可以检测各种气体)
气敏传感器
生物机电
优点:这种结构克服了直热式的缺点，其测量极与加 热丝分开，加热丝不与气敏元件接触，避免了回路间 的互相影响；元件热容易大，降低了环境气氛对元件 加热温度的影响，并保持了材料结构的稳定性。
国产QM-N5型和日本费加罗TGS＃812、813型等气 敏传感器都采用这种结构。
引线 引线 电极
国产气敏电阻的命名
第一部分：主称 字母 含义
气
敏
MQ
电
阻
器
第二部分：用途或特征
第三部分： 序号
字母
含义
J
酒精检测用
用
K
可燃气体检测用 数
字
Y
烟雾检测用
表
N
N型气敏元件
示
序
号
P
P型气敏元件
QM-N5气敏传感器的特性
加热电压（Vh） AC或DC 5±0.2V
响应时间 (trec)
≤10S
回路电压（Vc）
薄膜型（SnO2）气敏元件特点：
选择性好, 但这种半导体薄膜为物理性附着， 因此器件间性能差异较大。
分类:厚膜型气敏元件：
0.5 (单 位 : mm)
33
氧化物半导体 Pt电 极 氧化铝基片
7
器 件 加热 用 的 加 热 器(印 制 厚膜电阻)
能印刷的厚膜胶，再把厚膜胶印刷到装有电极的 绝缘基片上，经烧结制成的。
最大DC 24V
负载电阴（Rl）
2KΩ
清洁空气中电阻 （Ra）
≤2000 KΩ
灵敏度
≥4(在1000ppmC4H10
（S=Ra/Rdg）
中)
恢复时间 (trec) 元件功耗 检测范围
使用寿命
≤30S ≤0.7W 50—10000ppm
气敏传感器
气敏电阻器的型号命名由三部分组成，各部分的含 义见下表。 第一部分用字母表示主称。 第二部分用字母表示用途或特征。 第三部分用数字表示产品序号。 国产气敏电阻的命名
பைடு நூலகம்
第一部分：主称
字母 含义
第二部分：用途或特征
字母 J K Y N P 含义 酒精检测用 可燃气体检测用 烟雾检测用 N型气敏元件 P型气敏元件
3
生物机电
优点:这种结构克服了直热式的缺点，其测量极与加 热丝分开，加热丝不与气敏元件接触，避免了回路间 的互相影响；元件热容易大，降低了环境气氛对元件 加热温度的影响，并保持了材料结构的稳定性。
国产QM-N5型和日本费加罗TGS＃812、813型等气
敏传感器都采用这种结构。
引线 引线 电极 加热 丝 电极 绝缘 瓷管 (a ) SnO2 烧 结 体 加热 丝 (b ) 测量 电极 加热 丝
（1）直接加热式SnO2气敏元件
由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分 组成。
加热极
SnO2烧结体 1 2 (a)结构
3
4
1 2
3 4
(b)符号
图1直热式气敏器件结构及符号
1 SnO2 烧结体 1 2 3 4 Ir—Pd 合金丝 (加热器兼电极) (a )
3
1 3
2
4 (b )
2 4
应，使半导体内部组成发生变化，而使电导率变化。
按照半导体变化的物理特性，又可分为电阻型和非电阻型，电 阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检
测气体的成分或浓度； 非电阻型半导体气敏元件是利用其它参数，
如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体 的。
传感器教案10-1气敏和湿敏传感器.doc
班级：09计控1、2班日期：2011年4月28 口编号：10-1复习上节课内容: 一、气敏传感器1、常见的气敏元件见P30,表2-4。
气敏传感器是一种能将气体中的特定成分（浓度）检测出来，并将它转换成电信号的器件。
气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测，反复接通和断开S,分别测量元件A、B之间的电阻值变化；再在S接通的情况下，将内盛酒精的小瓶瓶口靠近传感器，观察电阻值的变化。
无酒精气体时:20MQ高阻,有酒精气体时:0.5MQ-1MQ。
3、天然气报警器2、酒精气敏元件MQ-3气敏传感器TGS109在空气中的电阻较大、电流较小、蜂鸣器不发声；当室内天然气浓度约为1%时，它的电阻较低，流经电路的电流较大（此时电流方向如图屮箭头所示），可直接驱动蜂鸣器报警。
4、家用煤气报警器由4部分组成：稳压电源煤气检测电路振荡电路报警输出电路二、湿敏传感器1、湿度的概念见P35,绝对湿度、相对湿度、露点温度。
传感器一般有两类：电阻式湿敏传感器和电容式湿敏传感器。
2、湿敏电阻湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
课程：传感器原理及应用10〜11 学年第2学期第］0周4月28 口3、湿度报警器功能：将婴儿尿湿报警器放在婴儿尿布下面，当婴儿撒尿时，能从喇叭里传出动听的音乐 声，提醒妈妈快给婴儿换尿布。
报警器原理：电路由三个单元电路所组成：(1)由湿敏传感器SM 与VT1组成电子开关电路； ⑵由555时基集成电路和阻容元件组成延时电路;(3)IC2为软封装音乐集成电路。
福建交通职业技术学院教案纸报警器所用元件比较少，制作简单，性能可靠，可用通用印制板进行焊接。
外壳可选用成品音乐门铃进行改制，湿敏传感器则需自制，建议制作两个以上，交替使用，增加可靠性。
三极管VT1的基极与电源负极用导线与直径3.5CM的插座相连，将插座固定在音乐门铃外壳上。
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2．钯 - MOS场效应晶体管气敏器件
钯 -MOS 场 效 应 晶 体 管 (Pd-MOSFET) 的 结 构 与 普 通
MOSFET结构主要区别在于栅极(G)：Pd-MOSFET的栅电 极材料是钯(Pd)；而普通MOSFFT为铝(A1)。因为Pd对H2 有很强的吸附性。
1.MOS二极管气敏元件
☺由于SiO2层电容Ca固定不变，而Si和SiO2界面电容CS是外加电
压的函数。其等效电路见下图8(b)。由等效电路可知，总电容C
也是栅偏压的函数，即MOS二极管的C – V特性。
☺由于钯对氢气(H2)特别敏感，当钯吸附了H2以后，会使钯的
功函数降低，导致MOS管的C – V特性向负偏压方向平移，如下
电阻型半导体气敏元件是利用半导体接触气体时，其阻值的
改变来检测气体的成分或浓度；而非电阻型半导体气敏元件根 据其对气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行 直接或间接检测。
SnO2敏感材料是目前应用最多的一种气敏材料，它已广泛
地应用于工矿企业、民用住宅、宾馆饭店等内部对可燃气体和 有害气体的检测。
湿度对其特性有影响，所以便用时，通常需要加温度补偿。
2．ZnO(氧化锌)系气敏元件
非电阻型(电压控制型)气敏器件
非电阻型气敏器件是利用MOS二极管的电容 — 电压 特性的变化以及MOS场效应晶体管(MOSFET)的阈值 电压的变化等物性而制成的气敏元件。
利用特定材料还可以使器件对某些气体特别敏感。
第十一章 气敏传感器
制作时间：2010.09.30 修改时间：2011.08.19
分类
气敏传感器是用来测量气体的类别、浓度和
成分的传感器。由于气体种类繁多，性质各不 相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气 体，因此，能实现气 — 电转换的传感器种类
很多。按构成气敏传感器材料可分为半导体和 非半导体两大类。
半导体气敏元件分类
(半导体)电阻型气敏传感器
一、电阻型半导体气敏材料的导电机理
半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化 和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。
当半导体器件被加热到稳定状态，气体接触半导体表 面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面自由扩散，失 去运动能量。一部分被蒸发掉，另一部分残留分子产生 热分解而吸附在吸附处。当半导体的功函数小于吸附分 子的亲和力(气体的吸附和渗透特性)，则吸附分子将从 器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷 层。
目前实际使用最多的是半导体气敏传感器，
早期所采用的电化学和光学等方法，由于使用 不便已很少采用。
半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用是在其表面、
还是在内部，可分为表面控制型和体控制型两类；
按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型（电导控制 型、金属氧化物半导体器件）和非电阻型（电压控制型、
MOS器件）两种。
Pd-MOSFET气敏器件就是利用H2在钯栅极上吸附后引
起阈值电压VT下降这一特性来检测H2的。由于这类器件特 性尚不够稳定，只能作H2的泄漏检测。
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例如氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电子 接收性气体。如果半导体的功函数小于吸附分子的离解能，吸附 分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附 倾向的气体有H2、CO、碳氢化含物和醇类，它们被称为还原型 气体或电子供给性气体。
当氧化型气体吸附到N型半导体，还原型气体吸附到P型半 导体上时，将使半导体的载流子减少，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，将使半导体电阻值下降。由于空气中的含氧量大 体上是恒定的，因此氧化的吸附量也是恒定的，器件阻值也相对 固定。若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。根据这一特性， 可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。半导体气敏器件 的响应时间一般不超过1min。N型材料有SnO2、ZnO、TiO等，P 型材料有MoO2、C构 电阻型半导体气敏传感器 通常由气敏元件、加热器 和封装体等三部分组成。 从制造工艺上可分为烧结 型、薄膜型和厚膜型三类。
三、气敏器件的基本特性 在气敏材料SnO2中添加铂(Pt)或钯(Pd)等作为催化剂，
可以提高其灵敏度和对气体的选择性。
SnO2气敏元件易受环境温度和湿度的影响，上图给出了SnO2气 敏元件受环境温度、湿度影响的综合特性曲线。由于环境温度、