气敏、湿敏电阻传感器的应用

RK-2000P可燃气体报警器采用高档 可燃气体报警器采用高档CPU及高精度 及高精度A/D转换器设计 可燃气体报警器采用高档 及高精度 转换器设计 而成，可同时挂接多只探测器， 而成，可同时挂接多只探测器，当被检测气体浓度超过报警设定值 仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动， 时，仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动，从而阻止或 降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。 降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。
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MQN型气敏电阻结构及测量电路 型气敏电阻结构及测量电路
1－引脚 2－塑料底座 3－烧结体 4－不锈钢网罩 － － － － 5－加热电极 6－工作电极 7－加热回路电源 8－测量回路电源 － － － －
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气敏电阻工作原理动画演示
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1．还原性气体传感器 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子， 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子， 化学价升高的气体。 化学价升高的气体。 还原性气体多数属于可燃性气体等.氢气、 还原性气体多数属于可燃性气体等.氢气、一氧化 碳，硫化氢 ,甲烷，一氧化硫 。 甲烷， 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO ZnO或 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或 等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、 Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂， 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体 器件。 器件。
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气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
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家庭用煤气报警器
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家庭用液化气报警器
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一氧化碳检测仪
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矿灯瓦斯报警器电路
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例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 例如 用氧化锡制成的气敏元件 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 体后 其电导率变化不大 若保持这种气体浓度不变 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 的电导率随器件本身温度的升高而增加 尤其在 ℃ 范围内电导率变化很大。显然 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。 多数载流子浓度增加的结果。 氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 氧化锡、 如下图（ ）所示。 如下图（b）所示。 由上述分析可以看出, 由上述分析可以看出 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此 气敏元件结构上, 电阻丝加热, 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上 有电阻丝加热 结构如图所示, 1和2是加热电极 3和4是气敏电阻的一对电 结构如图所示 和 是加热电极, 和 是气敏电阻的一对电 是加热电极 是气敏电阻 极。
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一、气敏电阻传感器
气敏电阻是一种半导体敏感器件， 气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使 电阻是一种半导体敏感器件 半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。 半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们 发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO 发现某些氧化物半导体材料如 、 、 、 、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。 、 等都具有气敏效应
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当长期存放后再通电时， 当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高 出正常值20 左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值， 20% 出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值， 这一特性 称作初期稳定特性 初期稳定特性。 称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有 直热式较长，傍热式较短。 关，直热式较长，傍热式较短。 为缩短初期恢复时间和初期稳定时间， 在开始使用时， 为缩短初期恢复时间和初期稳定时间 ， 在开始使用时 ， 要进行一段时间的高温处理， 同时在构成控制电路时应加延 要进行一段时间的高温处理， 时电路。若将气体敏感膜、 时电路。若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块 硅片上， 则构成集成气敏传感器。 硅片上， 则构成集成气敏传感器。 主要检测对象 （4） 主要检测对象 烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 氢气、 酒精、 硫化氢等。 氢气、 酒精、 硫化氢等。
气敏电阻工作原理： 气敏电阻工作原理： 气体的成分、 气体的成分、浓度等参数变化 ↓ 电阻发生变化 ↓ 转换为电流、 转换为电流、电压信号
主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。 主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。
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传感器的阻值随温度、 （2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 ） 温湿度特性： 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效 措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度 措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度 补偿。 补偿。 初期恢复特性及初期稳定特性： （3） 初期恢复特性及初期稳定特性： 经短期存放再通 电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称 电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称 ）， 为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。 为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。 存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7～15天后的初期 存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7 15天后的初期 恢复时间一般约在2 min之内 之内。 恢复时间一般约在2～5 min之内。
酒 精 传 感 器
NH3 传 感 器
传感器
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其他还原性气体传感器
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呼气管
手持数字酒精测试仪
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酒精传感器的选择性
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防止酒后驾车控制器原理
防止酒后驾车控制器原理电路如图10-16所示。 图中 所示。 图中QM-J1为酒敏元件。 若司机 为酒敏元件。 防止酒后驾车控制器原理电路如图 所示 没喝酒， 在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件的阻值很高， 为高电平， 没喝酒， 在驾驶室内合上开关 ，此时气敏器件的阻值很高，Ua为高电平， U1为 低电平， 为高电平， 继电器K 线圈失电，其常闭触点K 闭合， 低电平，U3为高电平， 继电器 2线圈失电，其常闭触点 2-2闭合，发光二极管 VD1通，发绿光， 能点火启动发动机。 发绿光， 能点火启动发动机。
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烧结型气体传感器的工作特性 烧结型气体传感器的工作特性 气敏特性： CO、 碳氢化合物等( （ 1 ） 气敏特性 ： 遇 H2 、 CO 、 碳氢化合物等 ( 还原性即可 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小； 等氧化性气体时， 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时， 材料表面层电阻率增大。 在检测前， 材料表面已经吸着氧， 材料表面层电阻率增大 。 在检测前 ， 材料表面已经吸着氧 ， 所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200 500℃ 200～ 所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作， 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有 高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物， 常见的是SnO 高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物 ， 常见的是 SnO2 和 ZnO。 ZnO。 直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 功耗 的加热丝兼作电极 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 小； 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 信号电路和加热电 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立 有好的稳定性。 加热丝和电极分立， 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。
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金属氧化物在常温下是绝缘的, 金属氧化物在常温下是绝缘的 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 敏特性。通常器件工作在空气中 空气中的氧和 电子兼容性大的气体, 电子兼容性大的气体 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 电荷 结果使 型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 子减少 使表面电导减小 从而使器件处于高阻状态。 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应 将被氧束 件与被测还原性气体接触 就会与吸附的氧起反应, 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。 缚的电子释放出来 敏感膜表面电导增加 使元件电阻减小。 该类气敏元件通常工作在高温状态（ 该类气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃）, 目的 ℃ 是为了加速上述的氧化还原反应。 是为了加速上述的氧化还原反应。
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项目九：气敏、 项目九：气敏、湿敏电阻传感器的应用
功用：检测环境气体成分及浓度、 功用：检测环境气体成分及浓度、检测环境湿 度，并对其进行控制和显示的重要器件。 并对其进行控制和显示的重要器件。 应用领域：在环境保护、家用电器、消防、 应用领域：在环境保护、家用电器、消防、农 业生产和安全生产等方面。 业生产和安全生产等方面。
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气敏元件的基本测量电路, 气敏元件的基本测量电路
Biblioteka Baidu
图中EH为加热电源 为测量电源, 图中 为加热电源, EC为测量电源 电阻中气敏电阻值的变 为加热电源 为测量电源 化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro 化引起电路中电流的变化 输出电压（信号电压）由电阻 上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。 上取出。 特别在低浓度下灵敏度高 而高浓度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。 因此 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。