气敏传感器
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
蜂鸣器
R1
气敏传感器
R3
SCR
~U
R6
R2
R4
W
R5
氖管 NTC电阻
PTC电阻 氖管 B R2
R3
BCR BZ 蜂鸣器 R4
~U
气敏传感器
R1
图为正温度系数热敏电阻(R2)的延时电路。 刚通电时，其电阻值也小，电流大部分经热敏电阻回到变压 器，蜂鸣器(BZ)不发出报警。当通电1～2min后，阻值急剧 增大，通过蜂鸣器的电流增大，电路进入正常的工作状态。
3.2 应用举例
例1：家用可燃性气体报警器电路。
B
R
~220V 氖管Biblioteka 气敏传感器BZ 蜂鸣器
家用可燃性气体报警器电路
图是设有串联蜂鸣器的应用电路。随着环境中可燃性气体浓 度的增加，气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的 电流，足以推动其工作而发出报警信号。
例2：实用酒精测试仪（测试驾驶员醉酒的程度）。
（2）薄膜型
在石英基片上蒸发或溅射一层半导体薄膜
制成（厚度0.1μm以下）。上下为输出电极和加
热电极，中间为加热器。 金属氧化物 输出极 加热器
薄膜型
加热电极
2.3 工作原理
元件加热到稳定状态，当有气体吸附时，吸附分子在气敏元 件表面自由扩散(物理吸附)，一部分吸附分子被蒸发掉，一部 分吸附分子产生热分解固定在吸附处(化学吸附)。 当半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子向半导 体释放电子成为正离子吸附，半导体载流子数增加，半导体 电阻率减少，阻值降低。具有正离子吸附倾向的气体被称为 还原性气体(例H2、CO、炭氢化合物和酒类等)。 当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力，吸附分子从 半导体夺走电子成为负离子吸附，半导体载流子数减少，电 阻率增大，阻值增大。具有负离子吸附倾向的气体被称为氧 化性气体(例O2、NOx等)。
《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。
气敏传感器实训报告心得
一、引言气敏传感器作为一种重要的检测元件，在环境保护、工业生产、医疗健康等领域发挥着重要作用。
为了深入了解气敏传感器的原理、应用及其在实际工作中的应用，我们参加了为期两周的气敏传感器实训。
通过本次实训，我对气敏传感器有了更深刻的认识，现将实训心得体会如下。
二、实训内容1. 气敏传感器原理及分类实训中，我们首先学习了气敏传感器的原理和分类。
气敏传感器是一种能够将气体浓度转化为电信号的传感器，主要分为半导体型、金属氧化物型和催化燃烧型三种。
半导体型气敏传感器具有体积小、响应速度快、成本低等优点，广泛应用于工业、环保等领域。
2. 气敏传感器制作工艺实训过程中，我们亲手制作了一个简单的气敏传感器。
首先，我们了解了气敏传感器的制作工艺，包括传感器元件的选取、电路设计、封装等环节。
然后，我们按照指导老师的指导，完成了传感器的制作。
3. 气敏传感器性能测试在完成传感器制作后，我们对其性能进行了测试。
测试内容包括灵敏度、响应时间、恢复时间等。
通过对比实验数据，我们分析了传感器性能的影响因素，并提出了优化方案。
4. 气敏传感器应用案例分析实训过程中，我们还学习了气敏传感器在环保、工业、医疗等领域的应用案例。
通过这些案例，我们了解到气敏传感器在实际工作中的应用价值，以及如何针对不同应用场景选择合适的传感器。
三、实训心得体会1. 提高动手能力本次实训让我深刻体会到动手能力的重要性。
在制作气敏传感器过程中，我学会了如何使用各种工具和仪器，掌握了传感器的制作工艺。
这些技能将在今后的学习和工作中发挥重要作用。
2. 培养团队合作精神实训过程中，我们小组共同完成了传感器的制作和测试。
在这个过程中，我们相互协作，共同解决问题。
通过这次实训，我深刻体会到团队合作精神的重要性，以及如何在团队中发挥自己的优势。
3. 深化专业知识通过实训，我对气敏传感器的原理、分类、制作工艺、性能测试等方面的知识有了更加深入的了解。
这些知识将为我今后的学习和工作奠定坚实的基础。
气敏传感器用途
气敏传感器用途气敏传感器是一种能够感知气体浓度的传感器，它可以将气体的浓度转化为电信号输出。
气敏传感器的用途非常广泛，下面将从以下几个方面介绍气敏传感器的用途。
1. 空气质量监测气敏传感器可以用于监测室内和室外的空气质量。
在室内，气敏传感器可以监测有害气体的浓度，如甲醛、苯等有害物质的浓度，以保障人们的健康。
在室外，气敏传感器可以监测环境中的污染气体的浓度，如二氧化硫、氮氧化物等，以评估空气质量，并为环境保护部门提供数据支持。
2. 工业安全监测气敏传感器可以用于工业场所的安全监测。
在化工厂、煤矿等危险场所，气敏传感器可以监测可燃气体的浓度，如甲烷、乙炔等，及时发现并预警潜在的爆炸危险。
同时，气敏传感器也可以监测有毒气体的浓度，如硫化氢、氰化氢等，以保障工人的生命安全。
3. 智能家居气敏传感器可以应用于智能家居系统中，实现对家庭环境的监测和控制。
通过安装气敏传感器，可以实时监测室内空气中的有害气体浓度，如一氧化碳、烟雾等，当浓度超过安全阈值时，系统可以自动报警并采取相应的措施，如打开新风系统、关闭燃气阀门等，以保障家人的安全。
4. 智慧城市建设气敏传感器可以用于智慧城市建设中的环境监测。
通过在城市各个角落安装气敏传感器，可以实时监测环境中的有害气体浓度，并将数据传输到中心控制系统，以实现对城市空气质量的动态监测和评估。
这些数据可以用于城市规划和环境政策的制定，以改善城市居民的生活质量。
5. 农业温室控制气敏传感器可以应用于农业温室中，实现对温室环境的监测和控制。
通过安装气敏传感器，可以实时监测温室内的二氧化碳浓度、湿度等参数，并根据监测到的数据调节温室的通风、加湿等系统，以提供最适宜的生长环境，提高农作物的产量和质量。
总结：气敏传感器的用途非常广泛，主要包括空气质量监测、工业安全监测、智能家居、智慧城市建设和农业温室控制等领域。
随着技术的不断进步，气敏传感器的应用将会越来越广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。
气敏传感器
气敏传感器气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，用来检测气体类别、浓度和成分。
它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
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（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
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。
目前实际使用最多的是半导体气敏传感器，因此本文主要讲述半导体气敏元件的有关原理及应用。
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。
按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型，前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；后者半导体与气体的反应，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；非半导体式气敏元件则是根据气体的吸附和反应，使其某些关系特性发生改变，来对气体进行直接或间接的检测，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。
表1为半导体气敏元件的分类：表1 半导体气敏元件的分类气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。
气敏传感器
• 缺点：
– 稳定性差，老化较快，气体识别能力不强，各器件之间的特性 差异大等。
SnO2半导体气敏元件特点
（1）气敏元件灵敏度特性 烧结型、薄膜型和厚膜型SnO2气敏器件对 气体的灵敏度特性如右图所示。气敏元件 的阻值RC 与空气中被测气体的浓度C成对 数关系： log RC＝m logC+n 式中n与气体检测灵敏度有关，除了随材料 和气体种类不同而变化外，还会由于测量 温度和添加剂的不同而发生大幅度变化。 m为气体的分离度，随气体浓度变化而变 1 化，对于可燃性气体， m 1 。
气敏传感器的分类
类 型 原 理 检测对象
还原性气体、城市排 放气体、丙烷气等
特
点
半导体式
若气体接触到加热的金属 氧化物(SnO2 、Fe2O3 、ZnO2 等)， 电阻值会增大或减小
灵敏度高，构造与电路简 单，但输出与气体浓度不 成比例 输出与气体浓度成比例， 但灵敏度较低
接触燃烧式
可燃性气体接触到氧气就会 燃烧，使得作为气敏材料的铂 丝温度升高，电阻值相应增大
还 原型
吸 气时
图 7-20 N型半导体吸附气体时器件阻值变化图
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
7.2.3 半导体气敏传感器类型及结构
7.2 气 敏 传 感 器
7.2.1 概述 气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传 感器。它将气体种类及其浓度等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
气敏传感器的分类
气敏传感器的分类气敏传感器是一种常用的传感器，用于测量气体浓度和其他气体特性。
气敏传感器根据其感知材料类型和传感器结构可以分成多种类型。
一、基于感知材料分类1.半导体气敏传感器半导体气敏传感器的感知材料是一种硫化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、钨三氧化物(WO3)等半导体材料。
在气体进入传感器后，半导体材料表面的电子结构会产生变化，导致电阻率发生变化，从而实现测量气体浓度的目的。
半导体气敏传感器体积小、响应速度快、能耗低、价格相对较低。
2.电化学气敏传感器电化学气敏传感器的感知材料通常是一种贵金属或其合金，如白金、铂铑合金等，其原理是将气体与电解液接触后，气体分为氧化或还原的反应，被感知材料所吸收或反应。
这种传感器具有高灵敏度和高选择性，但价格相对较高，且需要在特定的环境中使用。
光学气敏传感器的感知材料是一种可以与气体反应的荧光分子，当气体进入传感器后，荧光分子会产生变化，从而导致光学信号的变化，通过检测光学信号的变化可以实现气体浓度的测量。
这种传感器具有高灵敏度和高选择性，但价格相对较高。
二、基于传感器结构分类红外型气敏传感器是一种基于红外吸收原理的传感器，它可以测量气体的分子结构。
当气体进入传感器后，红外光源发出红外光束，气体会吸收其中的特定波长，通过检测红外光束的强度变化可以实现气体浓度的测量。
电容型气敏传感器是一种将电容作为感知元件的传感器。
当气体进入传感器后，感知元件所在区域的介电常数会发生变化，从而导致电容值发生变化，通过检测电容值的变化可以实现气体浓度的测量。
总之，气敏传感器可以根据其感知材料类型、传感器结构等多方面的因素进行分类。
不同类型的气敏传感器在其应用领域和技术特点方面有所不同，具体的使用需要根据实际需求进行选择。
气敏传感器主要参数
气敏传感器主要参数
气敏传感器是一种用于检测气体浓度的传感器，具有灵敏度高、
响应速度快等特点，广泛应用于环境监测、工业生产等领域。
其主要
参数包括灵敏度、响应时间、反应范围等，下面给大家详细介绍。
一、灵敏度：
灵敏度是气敏传感器的一个重要参数，可以衡量传感器对于目标
气体的检测灵敏程度。
一般来说，灵敏度越高，传感器对于目标气体
的检测能力就越强。
而气敏传感器的灵敏度主要由其敏感材料决定，
不同的敏感材料适用于不同的目标气体。
二、响应时间：
响应时间是指气敏传感器从接收到目标气体到输出信号变化所需
要的时间。
一般来说，响应时间越短，传感器的实时性就越高。
然而，响应时间短也会导致传感器对于噪声和干扰的抗干扰能力下降，需要
在使用时做出平衡。
三、反应范围：
反应范围是气敏传感器对目标气体检测的浓度范围。
反应范围应
当覆盖到目标气体浓度的实际使用范围，过高或过低的浓度均不利于
传感器的使用。
同时，传感器的反应范围也会受到环境参数的影响，
要在具体使用场景中进行细化调整。
综上所述，气敏传感器的灵敏度、响应时间和反应范围三大主要参数根据具体应用场景的需求进行不同程度的调整。
在使用过程中，也需要对传感器进行定期检测、校准和维护，以确保其在长期使用过程中能够正常稳定地发挥作用，为环境监测、工业生产等领域提供准确可靠的数据支持。
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。
气敏传感器工作原理
气敏传感器工作原理气敏传感器是一种能够检测环境中气体浓度的传感器，它可以通过测量气体浓度的变化来判断环境的污染程度或者监测特定气体的含量。
气敏传感器的工作原理主要有两种：电阻型和电化学型。
电阻型气敏传感器是利用气体与传感器表面上的活性材料发生化学反应，产生一定的能量来改变传感器的电阻值。
常见的活性材料有颗粒状氧化锡、氧化锰、氧化铜等。
当特定气体分子与这些活性材料发生反应时，会改变材料的导电性能，从而产生相应电阻值的变化。
传感器通过测量电阻值的变化来判断环境中特定气体的浓度。
电化学型气敏传感器是利用特定的电化学反应来检测气体浓度。
它通常由一个工作电极和一个参比电极组成，两个电极之间通过电解质连接。
当待测气体进入传感器时，会在工作电极上发生氧化还原反应，产生一定的电流。
电流的大小和气体浓度成正比。
工作电极上的电流会经过放大和转换，最后被测量和记录。
常见的电化学反应有氧化邻二氮杂菲反应、还原性氧化铜反应等。
无论是电阻型气敏传感器还是电化学型气敏传感器，在进行测量前都需要一个恒温控制系统来保持传感器的工作温度恒定。
因为传感材料的活性和响应速度与温度密切相关。
传感器的工作温度通常在室温到几百摄氏度之间。
气敏传感器广泛应用于环境监测、工业生产、医疗卫生等领域。
它可以检测一氧化碳、二氧化碳、氨气、硫化氢等有害气体的浓度，用于判断环境的危险程度。
同时，气敏传感器也可以用于监测空气中的氧气浓度，广泛应用于医疗设备和氧气发生器等领域。
总结起来，气敏传感器是一种通过测量气体浓度的变化来判断环境污染程度或特定气体含量的传感器。
它的工作原理主要分为电阻型和电化学型。
电阻型传感器通过测量氧化物的电阻值变化来检测气体浓度，而电化学型传感器则通过特定的电化学反应来测量气体浓度。
无论是哪种类型的传感器，都需要配备恒温控制系统来保持传感器的工作温度。
气敏传感器在环境监测、工业生产、医疗卫生等领域得到广泛应用。
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
3.半导体原件
气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。 当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例 如电导率)发生变化。流行的定性模型是：原子价控制模 型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
4.常见的电路图
基于MC14468的烟雾传感路：
如果检测到烟雾，时钟周期T0就变成40ms,同时启动报警驱动电 路，使之打开160ms,再关断80ms。在关断期间若没有检测到烟雾， 就禁止BZ发出报警声。一旦检测到烟雾，LED就以1Hz的频率闪烁发 光，表示烟雾报警，1脚由低电平变为高电平
2.工作原理：
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些 电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信 息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算 机组成自动检测、控制和报警系统。 气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸 附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作 用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导 电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓 度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率 的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反 应气体浓度的变化值。
5.应用前景
随着微电脑和微电子技术的日益普及和应用,对传感器的性能、数量 及用途提出了新的需求,这就使人们更加重视对新型传感器的开发 传感器技术的发展是与新材料的研究开发密切结合在一起的,可以说, 各种新型传感器孕育在新材 所以说 气敏电阻的应用前景还是非常可观的
气敏传感器
1.概述：
何京沛 2013072019 电气131
气敏传感器
1.3 半导体式气敏传感器的工作原理 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
表面电阻控制型气敏传感器的工作原理 ㈠表面电导理论 表面电阻控制型元件的表面电阻会根据待测气体 种类及浓度的不同增大或减小。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）。吸附分子和材料表面 层交换电子而带上不同的电荷成为正离子或负离子， 同时影响半导体材料表面层的性质。
体电阻控制型
半导体气敏传感器 二极管式气敏传感器 非电阻控制型 MOS二极管式气敏传感器 Pd-MOSFET气敏传感器
图1：半导体式气敏传感器的分类
气敏传感器的性能要求：
对被测气体具有较高的灵敏度 对被测气体以外的共存气体或物质不敏感 性能稳定，重复性好 动态特性好，对检测信号响应迅速 使用寿命长 制造成本低，使用与维护方便等
正是由于吸附的气体分子从材料表面得到或者给 予电子，使表面层的阻值发生了改变，我们分别考虑 以下两种情况：
当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时， 吸附分子将从器 件夺得电子而变成负离子吸附， 半导体表面呈现空间电荷区。 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大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、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原型气体 或电子供给性气体。
图6 ：输出电压与温度的关系
2.2 半导体传感器在实际电路中的应用
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）
气敏传感器的工作原理
气敏传感器的工作原理
气敏传感器是一种用于检测空气中特定气体浓度的传感器。
它的工作原理基于G机理，即气体吸附在敏感材料的表面上，
从而改变材料的导电性质。
通常，气敏传感器由两个电极和一个敏感层组成。
敏感层是一种由金属氧化物（如二氧化锡、氧化锌等）制成的材料。
这种材料具有良好的气敏性，即能够吸附气体并改变导电性。
当气敏传感器处于工作状态时，空气中的目标气体会通过器件表面。
目标气体分子会与敏感层表面的活性位点发生吸附作用。
吸附层的扩散层度取决于目标气体浓度。
当吸附层上的气体分子吸附得越多，敏感层的导电性就会发生变化。
这是因为吸附分子的存在会影响敏感层中电子的传输，从而改变电阻值。
因此，通过测量敏感层的电阻变化，可以确定目标气体的浓度。
为了提高气敏传感器的灵敏度和选择性，还可以对敏感层进行定向处理，例如添加催化剂或通过纳米结构改变敏感层的表面形貌。
总之，气敏传感器的工作原理是基于敏感材料表面吸附目标气体分子后导电性的变化来检测气体浓度的。
气 敏 传 感 器
3、气敏传感器的工作原理 气敏传感器的工作原理
工作原理：声表面波器件之波速和频率会随外界 环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种 性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的 气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化 学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏 薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶 体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层 质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频 率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就 可以准确的反应气体浓度的变化。
4、气敏传感器的分类
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要 包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化 学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。 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（R11、R12）的检测、呼气 中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。 它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根 据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的 存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警； 还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报 警系统。
气敏传感器
1、气敏传感器的定义 气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频 率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成 的一种新型的传感器。 结构：这种传感器的敏感组件由铂丝组成，它被一 种能使可燃气体氧化的特殊催化剂覆盖。使用两 只这样的元件来比较，一个元件对外界气体很敏 感，而另一个元件对外界隔离保持原始态不变。 通过两元件的比较使电桥失衡，因而有信号输出。
2、气敏元件
半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随 气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增 大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导 体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负 离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值 增加。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时， 原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金 属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正 离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电 子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧 化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高 到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本 原理。
气敏传感器工作原理
气敏传感器工作原理
气敏传感器是一种用于检测气体浓度的设备，它能够根据气体浓度的变化发生电信号输出。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 传感材料：气敏传感器的关键部分是一种特殊的气敏材料，通常是一种金属氧化物，如二氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）等。
这些气敏材料能够对特定气体产生响应，并改变其电学性质。
2. 断电状态：在无气体存在时，气敏传感器处于断电状态。
此时，传感器的电阻很高，电流无法通过。
3. 气体吸附：当目标气体进入气敏传感器的检测区域时，它会与传感材料发生吸附反应。
这种吸附反应会引起传感材料的电子结构变化，从而改变电阻。
4. 电导变化：吸附气体的存在使得传感材料的导电性能发生变化，电阻减小。
这将导致电流通过传感器，因此它开始导电。
5. 电信号输出：通过测量通过传感器的电流，可以得到一个与气体浓度相关的电信号。
这个信号可以被放大、处理和转换成数字信号，以便于监测、控制和记录气体浓度。
总体来说，气敏传感器的工作原理就是利用特殊的气敏材料对特定气体的吸附性能改变引起电阻变化，从而实现对气体浓度的检测和测量。
气敏传感器的原理
气敏传感器的原理
红外线型气敏传感器是一种利用红外线光谱技术来检测气体成分的传感器。这种传感器通 常由红外光源、光探测器和过滤器组成。当红外光束通过目标气体时，不同气体分子会吸 收不同波长的红外光，导致光强减弱。通过测量不同波长的光强可以确定目标气体的成分 和浓度。红外线型气敏传感器具有高灵敏度、高选择性等优点，因此在环保、医疗等领域 得到广泛应用
以上是几种常见气敏传感器的原理，每种类型的气敏传感器都有其独特的特点和适用范围 。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的气敏传感器类型，以达到准确的检测效果
除了以上提到的几种常见气敏传感器原理，还有一些其 他类型的气敏传感器，例如红外线型气敏传感器、电容 型气敏传感器等。这些传感器各有其特点和应用场景， 下面简要介绍其中两种
气敏传感器的原理
光学型气敏传感器是一种通过测量气体对光信号的影响来检测气体浓度的传感器。这种传 感器通常由光源、光探测器和光学膜片组成。当光束通过光学膜片时，光束会受到目标气 体的吸收或散射作用，从而改变光强的分布。通过测量光强的变化可以确定目标气体的浓 度
半导体型气敏传感器
气敏传感器的原理
半导体型气敏传感器是一种利用半导体的物理特性来检测气体浓度的传感器。这种传感器 通常由一种半导体材料制成，当气体与半导体材料接触时，半导体的电阻值会发生变化。 通过测量电阻值的变化可以确定目标气体的浓度。半导体型气敏传感器具有灵敏度高、响 应时间短等优点，因此在许多领域得到广泛应用
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电容型气敏传感器
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气敏传感器的原理
电容型气敏传感器是一种利用电容原理来检测气体浓度的传感器。这 种传感器通常由两个平行电极和绝缘层组成。当目标气体与绝缘层接 触时，气体分子会吸附到绝缘层表面，导致电容值发生变化。通过测 量电容值的变化可以确定目标气体的浓度。电容型气敏传感器具有结 构简单、响应时间短等优点，因此在一些特殊领域得到应用，如检测 有毒有害气体等
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2.3 气敏、湿敏电阻传感器2.3.1气敏电阻在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。
比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等等。
气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。
1.气敏电阻的工作原理及其特性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、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。
以SnO2气敏元件为例，它是由0.1～10μm的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导体而工作的。
在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。
当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导率增加。
而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。
气敏电阻的温度特性如图2.26所示，图中纵坐标为灵敏度，即由于电导率的变化所引起在负载上所得到的值号电压。
由曲线可以看出，SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大。
但当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。
此外，在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度，也可增强对图2.26 气敏电阻灵敏度与温度的关系气体种类的选择性。
2.常用的气敏电阻气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种，直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少。
旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，其应用面较广。
（1）氧化锌系气敏电阻ZnO是属于N型金属氧化物半导体，也是一种应用较广泛的气敏器件。
通过掺杂而获得不同气体的选择性，如掺铂可对异丁烷、丙烷、乙烷等气体有较高的灵敏度，而掺钯则对氢、一氧化碳、甲烷，烟雾等有较高的灵敏度。
ZnO气敏电阻的结构如图2.27所示。
这种气敏元件的结构特点是：在圆形基板上涂敷ZnO主体成分，当中加以隔膜层与催化剂分成两层而制成。
例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。
利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过对颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。
图2.27 ZnO气敏电阻结构图2.28 γ-Fe2O3气敏电阻结构1．催化剂；2．隔膜；3．ZnO涂层；4．加热丝； 1．双层网罩；2．烧结体；3．加热线圈；4．引脚5．绝缘基板；6．电极（2）氧化铁系气敏电阻图2.28是γ-Fe2O3材料制成的气敏电阻整体结构。
当还原性气体与多孔的γ-Fe2O3接触时，气敏电阻的晶粒表面受到还原作用转变为Fe3O4，其电阻串迅速降低。
这种敏感元件用于检测烷类气体特别灵敏。
3．气敏电阻的应用气敏电阻由于具有灵敏度高、响应时间长、恢复时间短、使用寿命长、成本低等特点，广泛应用于防灾报警，如可制成液化石油气、天燃气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器。
也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于对O2、CO2等气体的测量。
生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。
（1）气体检漏仪它是利用气敏元件的气敏特性，将其作为电路中的气一电转换元件配以相应的电路、指示仪表或声光显示部分而组成的气体检测仪器。
该类仪器具有灵敏度高、体积小、使用方便等特点。
图2.29是采用QM-N5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理图，其电路简单，集成化，仅用了一块四与非门集成电路，可用镉镍电池供电，用压电蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。
气敏元件安装在探测杆端部进行探测时，它可从机内拉出。
对检漏现场有防爆要求时，必须用防爆气体检漏仪进行检漏，与普通检漏仪相比，这种检漏仪仪器壳体结构及有关部件要根据探测气体和防爆等级要求进行设计，采用QM-N5型气敏元件作气-电转换元件，用电子吸气泵进行气体取样，用指针式仪表指示气体浓度，由蜂鸣器进行报警。
图2.29 采用QM-N5型气敏元件组成的简易袖珍式气体检漏仪原理图（2）有毒有害气体报警器如图2.30所示，在室内空气正常情况下，555电路输出端3脚为高电平。
当气敏元件检测到可燃性气体时，如煤气、液化石油气、汽油、酒精、烟雾等有毒有害气体，气敏电阻急剧下降，555的2脚电位高于4V V 31DD V 时，555工作状态返转，3脚变为低电平，继电吸合，接通报警器电源，报警发出报警声，提醒用户注意。
同时发光二极管LED 2（红色）闪亮。
正常情况下，LED 1（绿色）亮，可用作电源指示。
气敏电阻需要一个稳定的加热电压．其值约5V ，可通过RP 1、R 1的分压来确定。
电位器RP 2用于调整555触发端2脚的触发电平，正常条件下约为3.5V 。
本电路中的继电器还可控制机外的报警器或排气扇等设施。
图2.30 有毒有害气体报警器电路（3）矿灯瓦斯报警器图2.31为矿灯瓦斯报警器电原理图。
瓦斯探头由QM-N5型气敏元件、R 1及4V 矿灯蓄电池等组成。
RP 为瓦斯报警设定电位器。
当瓦斯超过某一设定点时，RP 输出信号通过二极管V 1加到V 2基极上，V 2导通，V 3、V 4便开始工作。
V 3、V 4为互补式自激多谐振荡器，它们的工作使继电器吸合与释放，信号灯闪光报警。
图2.31 矿灯瓦斯报警器原理图2.3.2.湿敏电阻随着现代工业技术的发展，纤维、造纸、电子、建筑、食品、医疗等部门提出了高精度高可靠性测量和控制湿度的要求。
因此，各种湿敏元件不断出现。
利用湿敏电阻进行湿度测量和控制具有灵敏度高、体积小、寿命长、不需维护、可以进行遥测和集中控制等优点。
湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
1.湿敏电阻常见类型（1）半导体陶瓷湿敏元件铬酸镁-二氧化钛陶瓷湿敏元件是较常用的一种湿度传感器，它是由MgCr 2O 4-TiO 2固熔体组成的多孔性半导体陶瓷。
这种材料的表面电阻值能在很宽的范围内随湿度的增加而变小，即使在高湿条件下，对其进行多次反复的热清洗，性能仍不改变。
图2.32为这种湿敏元件的结构示意图。
该元件采用了MgCr2O4-TiO2多孔陶瓷，电极材料二氧化钌通过丝网印制到陶瓷片的两面，在高温烧结下形成多孔性电极。
在陶瓷片周围装置有电阻丝绕制的加热器，以450℃/min对陶瓷表面进行热清洗。
湿敏电阻的电阻-相对湿度特性曲线如图 2.33所示。
图2.32 MgCr2O4-TiO2湿敏元件结构图2.33 电阻-湿度特性曲线1．感湿陶瓷；2．二氧化钌电极；3．加热器；4．基板；5．引线（2）氯化锂湿敏电阻图2.34是氯化锂湿敏电阻的结构图。
它是在聚碳酸酯基片上制成一对梳状金电极，然后浸涂溶于聚乙烯醇的氯化锂胶状溶液，其表面再涂上一层多孔性保护膜而成。
氯化锂是潮解性盐，这种电解质溶液形成的薄膜能随着空气中水蒸汽的变化而吸湿或脱湿。
感湿膜的电阻随空气相对湿度变化而变化，当空气中湿度增加时，感湿膜中盐的浓度降低。
图2.34 氯化锂湿敏电阻的结构图2.35 高分子膜湿敏电阻与特性1．感湿膜；2．电极；3．绝缘基板；4．引线（3）有机高分子膜湿敏电阻有机高分子膜湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳状型电极，然后在其表面涂以具有感湿性能，又有导电性能的高分子材料的薄膜，再涂复一层多孔质的高分子膜保护层。
这种湿敏元件是利用水蒸汽附着于感湿薄膜上，电阻值与相对湿度相对应这一性质。
由于使用了高分子材料，所以适用于高温气体中湿牢的测量。
图2.35是三氧化二铁-聚乙二醇高分子膜湿敏电阻的结构与特性。
2.湿敏电阻的应用（1）简易湿度测量湿度测量的关键在于湿度传感器，本测量器采用湿度传感器H204C传感器H204C工作时要求加交流电信号，因为加直流电压将因器件内部发生电解作用而减少使用寿命，甚至损坏。
为此，在电路中采用了555振荡源，如图2.36所示，555和R 1、RP 1、C 1组成无稳态多谐振荡器，f=1.44/（RP 1 +2R 1）C 1，图示参数的振荡频率在700～1000Hz 范围，调节RP 1，以选定最佳工作交流电压提供给传感器H204C 。
IC 2、IC 3选用低功耗四运放LM2902，H204C 跨接在IC 2输出端1脚和反相端2脚之间，与R 4、C 3等组成对数压缩电路。
IC 3（41LM2902）接成AC ／DC 转换电路，将IC 2来的1000Hz 交流信号变换成直流信号，经滤波后加至数字电压表或150μA 左右量程的直流电表，用以指示温度及其变化情况。
图2.36 简易湿度测量电路 （3）室内湿度控制如图2.37所示，湿度控制器由降压整流电路、湿度传感头、定时控制（排气扇）电路等组成，用于当室内的相对湿度超过某一值（如80％）时，启动排气扇，直至相对湿度降至规定的值。
（a ）电路图 （b ）特性曲线图2.37 室内湿度控制电路降压整流电路为控制器提供V DD =1OV 的电源电压。
湿度传感器采用型号为HOS201的湿敏电阻。
它的特性如图2.37（b ）所示。
当相对湿度从40～8O ％变化时，阻值变化范围从约700M Ω变至约700k Ω，因而使IC （555）的2脚电平从低电平变至高电平（DD V 31 ）。
IC 和湿敏传感网络及R 5、C 1等组成单稳态定时电路。
当湿度超过预定值时，555的2脚呈高电平，SCR 触发导通，将排气扇电源接通，进行排气降温。
排放时间由定时时间常数R 5C 1和控制端5脚的电平所决定。
调节RP 1，便可预置排放时间。
小结：气敏电阻传感器是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。
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半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。
湿敏电阻传感器是进行湿度测量和控制的传感器，湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。
具有灵敏度高、体积小、寿命长、不需维护、可以进行遥测和集中控制等优点。