6.1气敏传感器基本原理及测量电路.pptx

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。
— 16 —
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
— 7—
4.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。旁热式现在比较常用。
器 件 电 阻/ k
100
稳定状 器件加热 态
来自百度文库
50
响 应 时 间 约 1 min以 内 氧化型
5
还原型
加热开关
2 min 4 min 大气中
吸气时
N型半导体吸附气体时器件阻值变化图
— 11 —
P型半导体吸附气体时器件阻值变化图
气敏传感器检测时阻值变化规律
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
TiO2传感器空燃比与电阻关系
— 17 —
氧浓度传感器测量转换电路中，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
TiO2氧浓度传感器 渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根
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。
— 22 —
思考题
1.气敏元件通常工作在高温状态（200~450°C），请说明原因。 2.简要说明气体传感器的分类，并说明它们各自的工作原理有何特点。 3.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。 4. TGS系列半导体式气体传感器是哪家公司的代表产品？其特点如何？
— 23 —
谢谢观看
测量转换电路
据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了
测量误差。
汽车尾气分析
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。
观察右图看说明非线性特性对 浓度超限报警是否有利？
气敏半导体的灵敏度特性曲线
— 18 —
— 19 —
8. 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。 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）。
— 20 —
8. 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。
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。
— 21 —
8. 气体检测使用注意事项
• 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，是一种新型的半导体测温元件。 • 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
— 12 —
6.基本测量电路
— 13 —
(a)QM－N5测量电路； (b)TGS812测量电路；
(c)TGS109测量电路
常用的气敏传感器 家庭用煤气报警器
甲烷传感器
家庭用液化气报警器
— 14 —
NH3传感器
一氧化碳传感器
7.可燃气体检测实例
举例：二氧化钛氧浓度传感器的连接以及调试
— 15 —
检测与传感器应用技术
— 1—
气敏传感器
目录页 CONTENTS PAGE
— 2—
一
气敏传感器的基本 原理及测量电路
二
气体检测电路的 设计
— 2—
过渡页 TRANSITION PAGE
一
气敏传感器的基本原理及 测量电路
— 3— — 3—
— 4—
1.气敏传感器的定义
气敏传感器的定义：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。
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 ----非电阻式
半导体式气敏传感器的分类
烧结型
电阻式
薄膜型
半导体式气敏 传感器
厚膜型 二极管气敏传感器
非电阻式 MOS二极管气敏传感器
Pd—MOSFET气敏传感器
气敏传感器类型：
半导体气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器 电化学气敏传感器
2.气敏传感器外形
— 5—
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。
— 6—
3. 半导体式气敏传感器的结构及工作原理
— 8—
旁热式气敏器件结构及符号
加热器
电极 1
6 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
— 9—
— 10 —
5.气敏传感器基本原理
电阻式气敏传感器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。 当半导体器件被加热到稳定状态，在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）。