项目二气敏电阻传感器(1)
简述气敏电阻的概念和分类
简述气敏电阻的概念和分类
气敏电阻（Gas Sensitive Resistor）是一种能够感知气体浓度变化并将其转化为
电阻变化的传感器。
它的电阻值随着周围气体的浓度变化而变化。
根据其感应机制和材料特性，气敏电阻可以分为以下几类：
1. 氧气敏感电阻：这种电阻对氧气浓度变化敏感。
当氧气浓度增加时，电阻值
会下降，反之则会上升。
它常用于氧气浓度检测、氧气供应控制等应用中。
举例：在医疗设备中，氧气敏感电阻可以用于监测病人的呼吸氧浓度，以确保
其在合适的氧气环境中。
2. 氮氧化物敏感电阻：这种电阻对氮氧化物（如一氧化氮、二氧化氮等）的浓
度变化敏感。
它常用于汽车尾气排放监测、工业废气处理等领域。
举例：在汽车尾气处理系统中，氮氧化物敏感电阻可以检测尾气中的氮氧化物
浓度，从而帮助控制排放水平，减少对环境的污染。
3. 挥发性有机化合物敏感电阻：这种电阻对挥发性有机化合物（如甲醛、苯等）的浓度变化敏感。
它常用于室内空气质量监测、有机溶剂检测等应用。
举例：在室内空气质量监测中，挥发性有机化合物敏感电阻可以检测甲醛等有
害气体的浓度，以提醒人们采取相应的空气净化措施。
以上是气敏电阻的概念和一些分类及应用的简述。
不同类型的气敏电阻在不同
领域中发挥着重要的作用。
实验二 气敏传感器的应用
实验二气敏传感器的应用1、目的●了解气敏传感器的特性●学习气敏传感器的应用。
2、器材●传感器实训台的操作板1的直流电压源，操作板3的气敏传感器应用电路、蜂鸣器电路、继电器电路。
●MQ-5型气敏传感器1只，跳线若干、万用表等实验器材。
3、实验内容图1 图2气敏传感器，又称气体传感器，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种，其广泛应用于煤矿、农业、化工、建筑、环保、医疗、家电等领域。
目前气敏传感器的主要产品包括可燃性气敏传感器、CO、H2S、NH3、SO2、C12、NO、NO2等毒性气敏传感器、氧传感器、溶氧传感器、CO2传感器等。
例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、检漏报警器电路中所采用MQ-5、MQ-6型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器。
MQ-5半导体气体传感器特点: 对液化气,天然气城市煤气有较好的灵敏度对乙醇,烟雾几乎不响应高灵敏度/快速响应恢复优异的稳定性/长寿命简单的驱动电路应用: 适用于家庭或工业上对液化气,天然气,煤气的监测装置。
MQ-6半导体气体传感器特点: 对液化气,丁烷,丙烷有较高的灵敏度抵抗乙醇蒸气、烟雾的干扰高灵敏度/快速响应恢复优异的稳定性/长寿命简单的驱动电路。
MQ-6适用于家庭或工业上对液化石油气（LPG）,丁烷,丙烷,LNG （液化天然气）的检测装置。
MQ系列可燃气体传感器的特点是：●检测范围为20ppm～10000ppm●灵敏度高，响应速度快，小于10秒●可靠性好●功耗≤0.75W●连续工作使用寿命大于3年●输出信号为伏特级MQ-5、MQ-6型气敏传感器的外观和相应的结构形式如上图1所示，它由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层，测量电极和加热器构成，敏感元件固定在塑料或不绣钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。
封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
MQ-6型气敏器件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。
气敏和湿敏电阻传感器图片及应用
5—补偿电阻 6－陶瓷片 7－TiO2氧敏电阻 8－进气口
9－引脚 2021/3/18
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氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
2021/3/18
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汽车尾气分析
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有毒气体传感器的使用
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湿敏电阻传感器
绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每 一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。
a）气敏烧结体 b）气敏电阻外形 c）基本测量转换电路
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
2021/3/18
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气敏电阻外形
其他可燃性 气体传感器
酒精传感器
酒精测试仪
呼气管
2021/3/18
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酒精传感器的选择性
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NH3传感器
2021/3/18
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二、二氧化钛氧浓度传感器
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。
2021/3/18
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二、二氧化钛氧浓度传感器
气敏电阻
使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可 以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量， 再转换为电流、电压信号。
气敏电阻品种繁多，主要有可测量还原性气体和 测量氧气浓度的两大类。
一、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， 化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体， 例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然 气、氢气等。 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO 或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，按一定比例烧结而成的半导体器件。
传感器原理3.2气敏传感器
一、接触燃烧式气敏传感器 可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧 化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料 的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般情况下，空气中可 燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全 燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。
空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应
热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增 加的就越多。因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化 值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单
纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用 的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样
化锌）、Fe2O3（氧化铁）、MgO（氧化镁）、NiO（氧化 镍）、BaTiO3（钛酸钡）等都具有气敏效应。
烧结型SnO2气敏元件 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。 （1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件) 由芯片(敏感体和加热器)，基 加热极兼电极 座和金属防爆网罩三部分组成。 SnO2烧结体 3 因其热容量小、稳定性差，测量 3 4 1 电路与加热电路间易相互干扰， 4 2 1 加热器与SnO2基体间由于热膨胀 2 系数的差异而导致接触不良，造 成元件的失效，现已很少使用。 (a)结构 (b)符号 内热式气敏器件结构及符号
关于气敏电阻式传感器
关于气敏电阻式传感器电阻式传感器简介：随着计算机辅助设计技术（CAD）、微机电系统技术、光纤技术和信息技术的发展，获取各种信息的传感器已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具，越来越成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。
因此，在当今信息时代掌握传感器及检测技术尤为重要。
定义：将被测量变化转换成电阻变化的传感器。
电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器(见位移传感器)和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
它在非电量检测领域应用非常广泛。
电阻式传感器的优缺点：电阻式具有结构简单、输出精度较高、线性和稳定性好等特点。
但是它受环境条件如温度等影响较大，有分辨率不高等不足之处。
电阻式传感器的分类：课本上介绍的电阻式传感器主要有电位器，电阻应变片，测温热电阻，气敏电阻及湿敏电阻等。
下面我们就单对气敏电阻式传感器分析一下。
气敏电阻气敏电阻：利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成，将被检测到的气体(特别是可燃性气体)的成分或浓度的变化转换成电信号的传感器。
主要成分是金属氧化物，主要品种有：金属氧化物气敏电阻，复合氧化物气敏电阻，陶瓷气敏电阻等。
简介：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。
工作原理：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。
传感器与检测技术实训三气敏、湿敏传感器
第2章 电阻式传感器
好好休息
第2章 电阻式传感器 3、化学实验室有害气体鉴别
下图所示为有害气体鉴别器的电路。MQS2B是烟雾、 有害气体传感器，平时阻值较高（10kΩ左右）。当有 烟雾或有害气体进入时，阻值急剧下降。
第2章 电阻式传感器
MQS2B的A、B两端电压下降时，＋12V电压经 MQS2B的压降减少，使得B的电压升高，经电阻R1和 RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的⑤端。 当⑤端电压达到预定值时，①、②两端导通。
高分子式 光纤湿敏传感器 界限电流式湿敏传感器 二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等
湿敏传感器的分类
第2章 电阻式传感器
电阻式湿敏传感器
电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度 变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量 为电阻值。
根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感 器可分为： 电解质式(氯化锂） 陶瓷式 高分子式
第2章 电阻式传感器
这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使 附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速 气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应 速度，一般加热到200℃～400℃。
第2章 电阻式传感器
◎气敏元件的基本测量电路 半导体式气敏传感器
的基本测量电路主要包 括两部分：即气敏元件 的加热回路和测试回路。
第2章 电阻式传感器
气敏、湿敏电阻式传感器
☆气敏电阻传感器
利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化， 借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。
气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部 门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。
气敏电阻的材料是金属氧化物
气敏、湿敏传感器
一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。
气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体。
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，化学价升高的气体。
还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
【举例】各种可燃性气体传感器如，酒精传感器、煤气报警器、液化气报警器、一氧化碳传感器、甲烷传感器等。
2．二氧化钛氧浓度传感器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。
TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路介绍【举例】氧浓度传感器可用于汽车尾气测量气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。
二、湿敏电阻传感器湿度包括：绝对湿度和相对湿度，湿度对电子元件的影响很大。
检测湿度的手段很多，如毛发湿度计、干湿球湿度计、石英振动式湿度计、微波湿度计、电容湿度计、电阻湿度计等，本节介绍陶瓷湿敏电阻式湿度传感器。
图2－19是陶瓷湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换电路框图，它主要用于测量空气的相对湿度。
新型传感器包括气敏传感器、湿敏传感器、微传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、集成化智能传感器等。
本章分别介绍了这些新型传感器概念、工作原理、性能参数、应用领域等相关问题。
第10章气敏、湿敏传感器本章主要内容10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义2. 结构：半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。
3. 分类：按其制造工艺，分为烧结型、薄膜型和厚膜型；按加热方式不同，可分为直热式和旁热式两种气敏器件。
二. 半导体气敏材料的气敏机理三. SnO2 系列气敏器件1. 主要特性2. 检测电路四. 气敏传感器的应用1 简易家用气体报警2 有害气体鉴别、报警与控制电路3 防止酒后开车控制器10.2 湿敏传感器一．半导体陶瓷湿敏电阻1. 负特性湿敏半导瓷的导电原理2 正特性湿敏半导瓷的导电原理二. 典型半导瓷湿敏元件三. 湿敏传感器的应用1 湿度检测器2 高湿度显示器本章教学要求及重点、难点一．教学要求1.了解气敏、湿敏电阻传感器的结构2. 掌握气敏、湿敏电阻传感器的工作原理及应用二. 重点、难点重点：气敏、湿敏电阻传感器的原理及应用难点：气敏、湿敏电阻传感器的原理10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。
气敏电阻传感器
气敏电阻传感器的原理及应用电子仪表Z101 段志达学号：104662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。
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。
一、器皿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、Ni O、BaTiO3等都具有气敏效应。
常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。
半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点；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。
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。
气敏电阻传感器的原理及结构
气敏电阻传感器的原理及结构工业、科研、生活、医疗、农业等许多领域都需要测量环境小某些气体的成分、浓度。
例如．煤矿个瓦斯气体浓度超过极限值时，有可能发生爆炸：家庭发生煤气泄漏时，会导致煤气中毒事件人则k塑料大棚小CQ浓度不足时，农作物将减产；锅炉和汽车发动机汽缸燃烧过程巾氧气含量不正确时，效率将降低，并造成环境污染使用气敏电阻传感器(以下简称气敏电阻)阻变化量．再转换成电流、电压信号。
一、气敏电阻的构成可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电气敏电阻的材料是金属氧化物，金属氧化物半导体分为塑型半导体(如sn()h、FqO。
等)和F型半导体(如Co()、Pb())等。
为厂提高某种气敏电阻对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成这些材料时．还掺人催化剂，如钮(N)、铂(P1)等。
二、气教电阻的原理及特性金属氧化物在常温下是绝缘体，制成半导体后却显示气敏特性，其机理是比较复杂的。
但是．这种气敏元件接触气体时，由于表面吸附气体，致使它的电阻率发生明显的变化却是肯定的。
这种对气体的吸附可分为物现吸附和化学吸附。
在常温下主要是物理吸附，是气体与气TI代理敏材料发面上分子的吸附，它们之间没有电子交换，不形成化学键。
若气敏电阻温度升高，化学吸附就增加，并在粟一温度时达到最大使。
化学吸附是气体与气敏材料表面建支离子吸附，它们之间有电子的交换，存在化学键力。
若气敏电cjmc%ddz阻的温度再升高。
ATMEL代理出于解吸作用，两种吸附同时减小。
例如，用氧化锡(sn 队)制成的气敏电阻，在常温下吸附某种气体后，其电阻率变化不大，表明此时是物理吸附。
若保持这种气体浓度不变，该元件的电导率随元件本身温度的升高而增加，尤其在100一300℃电导率变化很大，表明此温度范围内化学吸附作用钽电容大。
气敏元件：工作时需要本身的温度比环境温度高很多。
为此，气敏元件在结构上要有加热器，通常用电阻丝加热，如图3所示。
氧叫：锡(SnQ)、氧化锌(Zn())材料气敏元件输出电压与温度的关系曲线如图所示。
传感器与检测技术项目式教程(第2版)第五章-电阻式气体和湿度传感器
项目描述
• 酒精测试仪是一款常用检测司机酒精含量的仪器。根据 被测人员的呼气检测饮酒信息，及时测试车主血液酒精 浓度，显示“醉酒驾驶”、“饮酒驾驶”、“安全驾驶 ”状态。
• 呼气酒精含量测试仪是一款轻巧、实用、安全，便于随 身携带的酒精含量检测工具，适用于交警查车、司机自 检等方面
（四）半导体气敏传感器结构
• 电阻式气体传感器按结构可将其分成烧结型、薄膜型和 厚膜型三种。其中烧结型气敏元件是目前工艺最成熟， 应用最广泛的元件
• 1．烧结型气敏元件 • 烧结型气敏元件是以多孔陶瓷SnO2为基材（料粒度在
1μm以下），添加不同物质，采用传统制陶方法，进行 烧结。 烧结时埋入测量电极和加热线，制成管芯，最后 将电极和加热丝引线焊在管座上,外加二层不锈钢网而制 成元件。 • 目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件，用 来测量还原性气体。
• 烷烃类气体灵敏度低。因此，
• 这种元件有良好的选择性
3．厚膜型气敏元件 • 将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的硅凝胶混
制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装 有铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上，在400℃～800℃ 的温度下烧结1～2小时便制成厚膜（μm级）型气敏元 件，用厚膜工艺制成的器件一致性较好，机械强度高， 适于批量生产。
• 例如，当N型半导体材料遇到离解能较小易于失去电子 的还原性气体（即可燃性气体，如一氧化碳、氢、甲烷 、有机溶剂等）后，发生还原反应，电子从气体分子向 半导体移动，半导体中的载流子浓度增加，导电性能增 强，电阻减小。当N型半导体材料遇到氧化性气体（如 氧、三氧化硫等）后就会发生氧化反应，半导体中的载 流子浓度减少，导电性能减弱，因而电阻增大。
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。
《传感器与检测技术》课程标准
《传感器与检测技术》课程标准
一、课程性质
传感器在生产生活中应用广泛，随着科技的发展，尤其是新技术传感网的
发展，传感器在各种家用电器、生产设备中发挥着日益重要的作用。
本课程是
测控技术与仪器、电子信息工程、电气工程及自动化等专业的一门专业基础课
程及电子科学与技术专业的选修课程。
它以各类传感器的工作机理为线索，详
细介绍了各类传感器的工作原理、基本结构、相应的测量电路和在各个领域中
的应用，使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能。
二、课程目的
在教学过程中以学生了解、理解、掌握应知知识为目标，侧重培养学生综
合应用知识的能力引导学生根据基本知识、基本规律，结合实际应用，使学生
能正确认识课程的性质、任务及其研究对象；全面了解课程的体系、结构。
掌
握教材基本内容和重点内容，最终实现基本教学内容在实践中的创新应用。
三、教学任务
本书主要介绍了生产、生活、科研中常用的传感器以及这些传感器的工作
原理、测量转换电路和应用，并且通过技能训练使学生能够初步掌握传感器的
选型、安装和调试等基本技能。
四、课程的教学层次及适用对象
本书可作为中高职机电类、电气类、自动化类专业的教材，也可供计算机、机械、汽车、楼宇等其他专业的技术类中高职师生以及相关工程技术人员参考。
五、课程——传感器与检测技术
总课时为36，其中理论18课时，实训18课时。
气敏传感器实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除气敏传感器实验报告篇一：气敏电阻实验报告实验报告气敏电阻实验一、实验目的了解气敏电阻（传感器）的原理与应用。
二、实验仪器直流恒压电源、差动放大器、电桥模块、万用表、气敏电阻（传感器）和九孔板接口平台。
三、实验原理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，它利用了气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理进行检测。
这使得气敏电阻可以把某种气体的成分、浓度等参数转化为电阻变化量，再转换为电流、电压信号。
常用的主要有接触式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。
接触式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝，使用时对铂丝通电流，保持300~400℃高温。
此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在金属催化层上燃烧，因此铂丝温度上升，电阻值也上升。
通过测量铂丝的电阻值变化大小就可以知道可燃性气体的浓度。
电化学气敏传感器一般利用液体等电解质，其输出形式可以是气体氧化还原时产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。
直热式气敏元件：加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内，消耗功率大，稳定性较差。
旁热式气敏元件：以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。
它性能稳定，消耗功率小，结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，安全可靠。
四、实验内容及步骤设备旋钮初始位置：直流恒压源（正负）4V档、万用表置20V档、差动放大器增益拧至最小。
（1）差动放大器调零：将放大器两个输入端接地，接直流电源，用万用表测量输出电压，调节调零电位器使得输出电压为0。
（2）按图9-3-1接线。
（3）打开直流恒压源，预热5~15min后，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察万用表数值的变化，此时电压读数______。
它反映了传感器Ab两端间的电阻随着_______发生了变化。
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。
气敏传感器介绍1
1. 负特性湿敏半导瓷的导电机理 负特性湿敏半导瓷的导电机理 由于水分子中的氢原子具有很强的正电场, 当水在半导 瓷表面吸附时, 就有可能从半导瓷表面俘获电子, 使半导瓷表 面带负电.如果该半导瓷是P型半导体, 则由于水分子吸附 使表面电势下降.若该半导瓷为N型, 则由于水分子的附着 使表面电势下降.如果表面电势下降较多, 不仅使表面层的电子耗尽, 同时吸引更多的空穴达到表 面层, 有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度, 出现所 谓表面反型层, 这些空穴称为反型载流子.它们同样可以在 表面迁移而对电导做出贡献, 由此可见, 不论是N型还是P型 半导瓷, 其电阻率都随湿度的增加而下降.图9 - 5表示了几 种负特性半导瓷阻值与湿度之关系.
2. 正特性湿敏半导瓷的导电机理 正特性湿敏半导瓷的导电机理 正特性湿敏半导瓷的导电机理认为这类材料的结构, 电子能量状态与负特性材料有所不同.当水分子附着半导瓷 的表面使电势变负时, 导致其表面层电子浓度下降, 但还不足 以使表面层的空穴浓度增加到出现反型程度, 此时仍以电子 导电为主. 于是, 表面电阻将由于电子浓度下降而加大, 这 类半导瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大. 如果对 某一种半导瓷, 它的晶粒间的电阻并不比晶粒内电阻大很多, 那么表面层电阻的加大对总电阻并不起多大作用.
这时, P-N结中的载流子浓度保持平衡值, 势垒高度(图9 11(a)中的q(UD-U))亦无变化. 当P-N结开路或接有负载时, 势垒区电场收集的光生载流子 便要在势垒区两边积累, 从而使P区电位升高, N区电位降低, 造 成一个光生电动势, 如图9 - 11(b)所示.该电动势使原P-N结 的势垒高度下降为q(UD-U q U -U).其中V即光生电动势,它相当于 V , 在P-N结上加了正向偏压.只不过这是光照形成的, 而不是电源 馈送的, 这称为光生电压, 这种现象就是光生伏特效应.
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电化 学气 敏传 感器
半导 体气 敏传 感器
较贵
60%
基本常识：
一般将在空气中达到一定浓度、触 及火种可引起燃烧的气体称为可燃性气 体，如甲烷、乙炔、甲醇、乙醇、乙醚 、一氧化碳、氢气等均为可燃性气体。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏电阻分类
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝 （也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对 铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与 可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层 上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也 上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可 燃性气体的浓度。
R3 1.5K
蜂 鸣 器
4
FM1
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
没有一个LED被点亮
LM3914周边电路 没有配合好，或 电路某点开路
有几个LED未被点亮
电位器RP阻值偏 小，调大一下再 试
后面电路发生开 路，或三极管烧 坏
蜂鸣器未发出声响
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
直线驱动10个发光二极管LED组成的10段“线” 或“点”式条图显示器 对被测量的变化反应迅速且真实；无阻尼现 象；抗干扰能力强。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
10个发光二极管LED作为输入端电平变化的显示， 输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而 探测的各种物理量，如电压、电流、温度等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——制作
根据六步教学法的流程和制作要求，列出所 需工具表
按照设计原理图，列出应准备的元件清单
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
1.检查电源回路 通电前，用数字万用表二极管通断档测量电 源正负接入点之间的电阻，应为高阻态。 目测IC的正负电源是否接反。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
酒 精 传 感 器
其他还原性气体传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
常见气体传感器产品
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
还原性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）。
4 2
FM1
5V-
图 酒精浓度检测仪原理图
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——小组讨论完成
传感器MQ-3和集成芯片LM3914的供电电源在哪？是
多少？ MQ-3传感器的输出电阻随酒精浓度如何变化？输出 电压通过什么提供呢？ LM3914是点状显示还是条状显示？怎么看出来的？ LM3914输出的LED灯亮度怎么调？具体阻值增大，亮 度是减弱还是增强呢？ 说出随着酒精浓度的增大，LED灯逐次点亮的过程分 析，并说明怎么区分酒驾与醉驾? 当超限后如何报警的？
图
矿井瓦斯超限报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例6：汽车尾气分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例7：有毒气体传感器的使用
伊拉克战争中美国士兵就配备了一个可探测有毒气体的传感 器(工作时间仅为20多秒)
甲醛传感器CH2O/S-10: 测量范围 : 0- 10 ppm(百万分之一 ) 最大负 荷 : 50ppm 工作寿命 : 空气中3年
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 项目实施与考核——调试
2.电压直接调节
用一组5V稳压电源使系统通电 用另一组稳压电源输出调至0.2V，电源正通过一个 1kΩ电阻接入A点，电源负于系统电源负短接。 调节电源从0.2～５V，观察LED和蜂鸣器的变化。 LED1～LED9挨个被点亮，在LED5和LED6被点亮之间 蜂鸣器将发出声音，并一直持续。
前端部分MQ3传感器和分压电路按照常 规设计即可，执行驱动声光指示的电路需要 驱动多个发光管及一个蜂鸣器，即需要将分 压电路输出的电压转换成LED线段显示，同 时在某点驱动蜂鸣器发声。拟用LED通用电 平显示驱动芯片LM3914作为执行机构。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
1.MQ3气敏电阻传感器
案例1.燃气报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例2.抽油烟机自动启动及报警器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例3.酒精传感器
案例4. 防止酒后开车控制器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
案例5：矿灯瓦斯报警器
矿灯瓦斯报警器装配在酸性矿工灯上，使普通矿灯兼具照 明与瓦斯报警两种功能。当矿灯在空气中监测到甲烷气体 达到报警浓度时，矿灯每秒闪一次。
6 7 5V + 3 9 10 11 12 13 14
R2 300Ω
R5 2.7K
红 色 LED6-9
T2 9013
2
1
4
A
8 5
T1 9013
R6 100Ω
3
6
R1 1.8K
R4 3.9K
RQ1 MQ-3
5
IC1 LM3914
15 16 17 18 1
绿 色 LED1-5
R3 1.5K
蜂 鸣 器
Rp 20K
还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、 酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO 或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，按一定比例烧结而成的半导体器 件。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
还原性气体传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务分析
具体知识点如下： 1. 了解MQN型气敏电阻传感器的基本转化原理； • 2. 熟悉MQ-3型酒精传感器的结构及应用； • 3. 掌握LM3914LED通用电平显示驱动芯片的作用 原理 • 4.掌握酒精浓度检测仪电路分析
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 气敏电阻传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 整体方案设计
根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测 仪应该包含酒精气体传感器、信号处理电路和执 行指示机构等部分。
酒精蒸 气浓度 MQ 3 电阻 分压 电路 电压 执行 机构 声 光 指 示
被测 者
图 酒精浓度检测仪的结构
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
☆功用：检测环境气体成分及浓度，并对其进 行控制和显示 ☆应用领域：1）煤矿瓦斯浓度监测 2）家庭煤气泄漏报警
3）塑料大棚CO2浓度监测
4）锅炉、汽车发动机气缸氧含 量监测等等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器应用
各类易燃、易爆、有毒、有害气体的 检测和报警都可以用相应的气敏传感 器及其相关电路来实现，如气体成分 检测仪、气体报警器、空气净化器等 已用于工厂、矿山、家庭、娱乐场所 等。 家用燃气泄漏报警器
工作原理：N型半导体的表面在高温下遇到离解能力 较小(易失去电子)的还原性气体时，气体分子中的电 子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子 浓度增加，电阻率降低，电阻减小。这样就把气体浓 度信号转换成电信号。
气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图这 些曲线，有何特 点？可以得出哪 些启示？请说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利，为什么？
2）半导体型的酒精测试仪是采 用化学物氧化锡作为传感器，这种 物质在不同的温度条件下，对酒精、 汽油、香烟等气体具有不同的灵敏 度，当它在高温下遇到酒精时，电 阻值就会急剧减小。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 任务要求
• 1. 以气敏传感器为传感元件，将气体中酒精浓度转 化为电阻； • 2. 对于气体中酒精浓度的不同能够有明显区别的不 同提示； • 3. 当酒精浓度到达一定阈值时能够发出声光报警； • 4. 鼓励采用单片机为控制单元，并酌情加分； • 5. 最终上交调试成功的试验系统--酒精浓度检测仪； • 6. 要求有每个步骤的文字材料，包括原理图、使用 说明、元件清单、进程表、调试过程描述等。
核心电路采用塑封双列直插的18脚LED点条显示驱 动集成电路LM3914
LM 3914 电路 构成 及引 脚功 能图 1.25V
ＬＥＤ灯如何点亮？
解释： 为了驱动ＬＥＤ１发光，集成电路ＬＭ３９ １４的１脚输出应为低电平，因此要求电压 比较器异相（－）端的输入电压>=0.125V； 同理，要使ＬＥＤ2发光，异相（－）端的 输入电压>=0.125×2=0.25V等等
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路及工作原理
• 本设计采用5V电源供电，前端是MQ3型酒精 气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒 精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱 动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应 的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触 发，发出报警声。调试时通过电位器RP调 节测量的灵敏度。
特点
•对乙醇蒸气有很高的灵敏度 和良好的选择性 * 快速的响应恢复特性 * 长期的寿命和可靠的稳定性 * 简单的驱动回路
封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４ 个用于信号取出，２个用于提供加热电流。
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计 电路设计
2. LED通用电平显示驱动芯片LM3914 10个电压比较器 10个1kΩ精密电阻串联组成的分压器——分别 向各电压比较器提供比较基准
一氧化碳传感器
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计
气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
电阻式传感器——酒精浓度检测仪的设计