国内外传感器现状及发展趋势.
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引言
2
正文
2
1.传感器的开发
2
1.1 气体传感器
2
1.2 温度传感器
5
2. 传感器的现状及发展趋势
7
2.1 传感器发展的三个阶段
7
2.2 我国传感器的现状
8
2.3 传感器的发展方向与途径
8
2.4 欧美传感器发展趋势
9
2.5 传感器的宏观技术特点分析
14
3.传感器的精度问题
14
3.1 消除传感器零点误差和零点漂移的方法
60%，根据其机理分为电阻型半导体气体传感
1.1 电阻型半导体气体传感器
电阻型半导体气体传感器是将气体浓度的变化转变成电阻值变化的一种传感器，
典型的
电阻型半导体气体传感器材料是 SnO2、 ZnO、Fe2O3 等因为这些材料存在气敏效应， 当表
面吸附某种气体时会引起电导率的变化，作为传感器，还要求这种反应必须是可逆的。
境中存在的气体分子数量和介质中可移动的粒子数量联系起来。
3.接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器的工作原理是 :气敏材料在通电状态下 ,温度约在 300～ 600℃ ,当
可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧
,燃烧热进一步使电热丝升温 ,从而使其电阻
值发生变化 ,测量电阻变化从而测量气体浓度。该种气体传感器的优点是对气体选择性好
4.5 温湿度传感器
19
4.6 液位传感器
19
4.7 传感器的一些竞争品牌
20
4.8 中国的传感器基地
20
1
引言
随着科学技术的发展 , 检测技术巳应用于人类科研、生产、生活等活动中。检测技术既
是服务于其它学科的工具 , 又是综合运用其它多门学科最新成果的尖端技术。因此检测技术
的发展是科学技术和生产发展的重要基础 , 也是一个国家生产力发展和现代化程度的重要标
光学式气体传感器包括光谱吸收型、 荧光型、 光纤化学材料型等类型。 光谱吸收型荧光 型的原理是 :不同的气体物质由于其分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不
同的吸收光谱。 这就决定了光谱吸收型气体传感器的选择性、 鉴别性和气体浓度的唯一确定
性。若能测出这种光谱便可对气体进行定性、 定量分析。 目前已经开发了流体切换式、 流程
气的气氛中由于钯的催化作用， 氢气分子分解成氢原子扩散到钯与二氧化硅的界面。
最终导
致 MOSFET 的阈值电压 UT 发生变化。使用时常将栅漏短接，可以保证 MOSFET 工作在饱
和区，利用这一气敏器件可以测出氢气浓度。氢气敏
MOSFET 在氢气浓度高时其灵敏度变
低，氢气浓度低时灵敏度则升高。
2.固体电解质气体传感器 这种传感器元件为离子对固体电解质隔膜传导，
直接测量式等多种在线红外吸收式气体传感器 [16,24] 。在汽车的尾气中 ,CO、CO2 和烃类物
3
质的浓度 ,以及工业燃烧锅炉中的有害气体 SO2、NO2 都可采用光谱吸收型气体传感器来检
测。荧光型是指气体分子受激发光照射后处于激发态
,在返回基态的过程中发出荧光。由于
荧光强度与待测气体的浓度成线性关系 ,荧光型气体传感器通过测试荧光强度便可测出气体
,受
温度和湿度影响小 ,响应快 ,已经被广泛应用在石油化工厂、矿井、浴室和厨房等处。目前接
触燃烧式气体传感器实现规模生产的有 H2 、LPG 、CH4 以及部分有机溶剂蒸气检测用产品。
该类传感器市场上一般以各类报警器的形式出现较多
,但它们对低浓度可燃性气体灵敏度低 ,
敏感元件受催化剂侵害较严重。
4.光学式气体传感器
称为电化学池。 分为阳离子传导和阴离
子传导， 是选择性强的传感器， 研究较多达到实用化的是氧化锆固体电解质传感器。
其机理
是利用隔膜两侧两个电池之间的电位差等于浓差电池的电势。
稳定的氧化锆固体电解质传感
器已成功地应用于钢水中氧的侧定和发动机空燃比成分测量等。
为弥补固体电解质导电的不足， 近几年来在固态电解质上蒸镀一层气体敏膜。 把周围环
体而变化，其整流作用也随之变化。
1.2.2MOSFET 型气体传感器 气敏二极管的特性曲线左移可以看作二极管导通电压发生改变
,这一特性如果发生在场
效应管的栅极 ,将使场效应管的阈值电压 UT 改变。利用这一原理可以制成 MOSFET 型气敏
器件。
氢气敏 MOSFET 是一种最典型的气体传感器，它用金属钯（ Pd）制成钯栅。在含有氢
志。而研究检测技术的进步总是从检测的新方法与新对象来考虑。
但不论是检测方法的更新
还是检测对象的扩展 , 都与传感器的开发有着密切的联系 , 也就是说检测技术的发展 , 如果离
开传感器的开发那是绝对不行的。
正文
1. 传感器的开发
1.1 气体传感器
气体传感器是一种将气体的成份、 浓度等信息转换成可以被人员、 仪器仪表、 计算机等
15
3.2 提供直流供电电源的稳定性方法
15
3.3 统一和标准化保证传感器精度
15
3.4 传感器的标校
16
3.5 敏感元件的质量控制
16
3.6 精度的结构防护技术
16
3.7 传感器补偿技术
17
4.传感器的品牌
18
4.1 称重传感器
18
4.2 压力传感器
18
4.3 流量传感器
18
4.4 位移传感器
19
电阻型半导体气体传感器中应用最广泛的是
SnO2 气敏元件，其工作原理是 SnO2 和空
气中电子亲和性大的气体发生反应形成吸附氧束缚晶体中的电子。
使器件处于高阻状态， 当
它与被测气体接触时，气体与吸附氧发生反应，元件表面电导增加，电阻减小。
SnO2 气敏
元件制作时多采用烧结工艺。以多孔 SnO2 陶瓷为基底材料，再添加不同的其他物质，用制
陶工艺烧结而成。 烧结时埋入加热电阻丝和测量电极。 此外，还有薄膜型与厚膜型两种工艺。
1.2 非电阻型半导体气体传感器
2
1.2.1 结型气体传感器 结型气体传感器又称气敏二极管。
是利用气体改变二极管的整流特性，
将金属与半导体
结合做成整流二级管， 其整流作用来源于金属和半导体功函数的差异。 随着功函数因吸附气
利用的信息的装置， 气体传感器通常是用来检测气体的类别、 浓度和成分。 气体传感器的种
类很多，分类方法也各不相同。 按气体传感器的材料分， 可分为半导体型和非半导体型。应
用广泛的气体传感器有： 半导体型气体传感器、固体电解质气体传感器、电化学传感器、光Leabharlann Baidu
学气体传感器等。
1.半导体型气体传感器
这种类型的传感器在气体传感器中约占 器和非电阻型半导体气体传感器。
2
正文
2
1.传感器的开发
2
1.1 气体传感器
2
1.2 温度传感器
5
2. 传感器的现状及发展趋势
7
2.1 传感器发展的三个阶段
7
2.2 我国传感器的现状
8
2.3 传感器的发展方向与途径
8
2.4 欧美传感器发展趋势
9
2.5 传感器的宏观技术特点分析
14
3.传感器的精度问题
14
3.1 消除传感器零点误差和零点漂移的方法
60%，根据其机理分为电阻型半导体气体传感
1.1 电阻型半导体气体传感器
电阻型半导体气体传感器是将气体浓度的变化转变成电阻值变化的一种传感器，
典型的
电阻型半导体气体传感器材料是 SnO2、 ZnO、Fe2O3 等因为这些材料存在气敏效应， 当表
面吸附某种气体时会引起电导率的变化，作为传感器，还要求这种反应必须是可逆的。
境中存在的气体分子数量和介质中可移动的粒子数量联系起来。
3.接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器的工作原理是 :气敏材料在通电状态下 ,温度约在 300～ 600℃ ,当
可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧
,燃烧热进一步使电热丝升温 ,从而使其电阻
值发生变化 ,测量电阻变化从而测量气体浓度。该种气体传感器的优点是对气体选择性好
4.5 温湿度传感器
19
4.6 液位传感器
19
4.7 传感器的一些竞争品牌
20
4.8 中国的传感器基地
20
1
引言
随着科学技术的发展 , 检测技术巳应用于人类科研、生产、生活等活动中。检测技术既
是服务于其它学科的工具 , 又是综合运用其它多门学科最新成果的尖端技术。因此检测技术
的发展是科学技术和生产发展的重要基础 , 也是一个国家生产力发展和现代化程度的重要标
光学式气体传感器包括光谱吸收型、 荧光型、 光纤化学材料型等类型。 光谱吸收型荧光 型的原理是 :不同的气体物质由于其分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不
同的吸收光谱。 这就决定了光谱吸收型气体传感器的选择性、 鉴别性和气体浓度的唯一确定
性。若能测出这种光谱便可对气体进行定性、 定量分析。 目前已经开发了流体切换式、 流程
气的气氛中由于钯的催化作用， 氢气分子分解成氢原子扩散到钯与二氧化硅的界面。
最终导
致 MOSFET 的阈值电压 UT 发生变化。使用时常将栅漏短接，可以保证 MOSFET 工作在饱
和区，利用这一气敏器件可以测出氢气浓度。氢气敏
MOSFET 在氢气浓度高时其灵敏度变
低，氢气浓度低时灵敏度则升高。
2.固体电解质气体传感器 这种传感器元件为离子对固体电解质隔膜传导，
直接测量式等多种在线红外吸收式气体传感器 [16,24] 。在汽车的尾气中 ,CO、CO2 和烃类物
3
质的浓度 ,以及工业燃烧锅炉中的有害气体 SO2、NO2 都可采用光谱吸收型气体传感器来检
测。荧光型是指气体分子受激发光照射后处于激发态
,在返回基态的过程中发出荧光。由于
荧光强度与待测气体的浓度成线性关系 ,荧光型气体传感器通过测试荧光强度便可测出气体
,受
温度和湿度影响小 ,响应快 ,已经被广泛应用在石油化工厂、矿井、浴室和厨房等处。目前接
触燃烧式气体传感器实现规模生产的有 H2 、LPG 、CH4 以及部分有机溶剂蒸气检测用产品。
该类传感器市场上一般以各类报警器的形式出现较多
,但它们对低浓度可燃性气体灵敏度低 ,
敏感元件受催化剂侵害较严重。
4.光学式气体传感器
称为电化学池。 分为阳离子传导和阴离
子传导， 是选择性强的传感器， 研究较多达到实用化的是氧化锆固体电解质传感器。
其机理
是利用隔膜两侧两个电池之间的电位差等于浓差电池的电势。
稳定的氧化锆固体电解质传感
器已成功地应用于钢水中氧的侧定和发动机空燃比成分测量等。
为弥补固体电解质导电的不足， 近几年来在固态电解质上蒸镀一层气体敏膜。 把周围环
体而变化，其整流作用也随之变化。
1.2.2MOSFET 型气体传感器 气敏二极管的特性曲线左移可以看作二极管导通电压发生改变
,这一特性如果发生在场
效应管的栅极 ,将使场效应管的阈值电压 UT 改变。利用这一原理可以制成 MOSFET 型气敏
器件。
氢气敏 MOSFET 是一种最典型的气体传感器，它用金属钯（ Pd）制成钯栅。在含有氢
志。而研究检测技术的进步总是从检测的新方法与新对象来考虑。
但不论是检测方法的更新
还是检测对象的扩展 , 都与传感器的开发有着密切的联系 , 也就是说检测技术的发展 , 如果离
开传感器的开发那是绝对不行的。
正文
1. 传感器的开发
1.1 气体传感器
气体传感器是一种将气体的成份、 浓度等信息转换成可以被人员、 仪器仪表、 计算机等
15
3.2 提供直流供电电源的稳定性方法
15
3.3 统一和标准化保证传感器精度
15
3.4 传感器的标校
16
3.5 敏感元件的质量控制
16
3.6 精度的结构防护技术
16
3.7 传感器补偿技术
17
4.传感器的品牌
18
4.1 称重传感器
18
4.2 压力传感器
18
4.3 流量传感器
18
4.4 位移传感器
19
电阻型半导体气体传感器中应用最广泛的是
SnO2 气敏元件，其工作原理是 SnO2 和空
气中电子亲和性大的气体发生反应形成吸附氧束缚晶体中的电子。
使器件处于高阻状态， 当
它与被测气体接触时，气体与吸附氧发生反应，元件表面电导增加，电阻减小。
SnO2 气敏
元件制作时多采用烧结工艺。以多孔 SnO2 陶瓷为基底材料，再添加不同的其他物质，用制
陶工艺烧结而成。 烧结时埋入加热电阻丝和测量电极。 此外，还有薄膜型与厚膜型两种工艺。
1.2 非电阻型半导体气体传感器
2
1.2.1 结型气体传感器 结型气体传感器又称气敏二极管。
是利用气体改变二极管的整流特性，
将金属与半导体
结合做成整流二级管， 其整流作用来源于金属和半导体功函数的差异。 随着功函数因吸附气
利用的信息的装置， 气体传感器通常是用来检测气体的类别、 浓度和成分。 气体传感器的种
类很多，分类方法也各不相同。 按气体传感器的材料分， 可分为半导体型和非半导体型。应
用广泛的气体传感器有： 半导体型气体传感器、固体电解质气体传感器、电化学传感器、光Leabharlann Baidu
学气体传感器等。
1.半导体型气体传感器
这种类型的传感器在气体传感器中约占 器和非电阻型半导体气体传感器。