3章1气敏传感器精品PPT课件
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气敏和湿敏传感器21页PPT文档
（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)，基座 和金属防爆网罩三部分组成。因 其热容量小、稳定性差，测量电 路与加热电路间易相互干扰，加 热器与SnO2基体间由于热膨胀系 数的差异而导致接触不良，造成 元件的失效，现已很少使用。
加热极兼电极
SnO2烧结体
3
41
3
1
2
自动检测技术
第三章新型传感器
第一节 气敏传感器 • 气敏传感器的定义：
–是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。
气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电 解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合式 气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。
自动检测技术
一 、半导体式气敏传感器的结构及工作原理
• 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
1、分类
半导体式气敏传感器
电阻式
自动检测技术
烧结型 薄膜型
厚膜型
非电阻式
二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器
一、湿度的定义及其表示方法
湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法：
绝对湿度（AH）： 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸
气的质量，其数学表达式为
Ha
mV V
相对湿度（%RH）：相对湿度是指待测空气中实际所含的
水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其
《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ppt分析
0.5 3 3
(单位 : mm)
氧化 物半导 体 Pt电极 氧化 铝基片
7 器件 加热用 的加 热器 (印制 厚膜 电阻 )
(c)
图9-2 气敏半导体传感器的器件结构 (a) 烧结型气敏器件； (b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件
由于加热方式一般有直热式和旁热式两种，因而形成了直热
式和旁热式气敏元件。直热式气敏器件的结构及符号如图 9-3 所 示。
表7-3 添加物对SnO2气敏效应的影响
添加物质 PdO,Pd Pd,Pt过渡金属 PdCI2 ，SbCI3 Sb2O3,TiO2TIO3 V2O5，Cu 稀土类 过渡金属 Sb2O3,Bi2O3
高岭土（陶土）， Bi2O3 WO
检测气体 CO，C3H8 酒精 CO，C3H8 CH4，C3H8, CO
2、常见气敏传感器的分类
3、半导体气敏传感器的机理
半导体式气敏传感器： 利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体的电 导率等物理性质发生变化的原理来检测特定气体的 成分或者浓度
材料：气敏电阻的材料是金属氧化物半导体； 其中P型：如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。 N型：如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等。 合成材料有时还渗入了催化剂, 如钯（Pd）、铂 （Pt）、银（Ag）等。
V
图 9-5 MOS二极管结构和等效电路 (a) 结构； (b) 等效电路； (c) C-U特性
(2)MOS场效应晶体管气敏器件 钯-MOS场效应晶体管(PdMOSFET)的结构， 参见图9-6。
S
Pd栅
D Al SiO2
N＋ P—Si
N＋
图 9-6 钯—MOS场效应晶体管的结构
5、气敏元件的基本特性
当氧化型气体吸附到N型半导体（SnO2, ZnO)上， 还原型气体吸附到P型半导体(CrO3)上时，将 使半导体载流子减少，而使电阻值增大。 当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体 吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半 导体电阻值下降。
气敏传感器公开课ppt教材
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
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
家庭用液化气 报警器
一氧化碳传感器
其他气体传感器
甲烷传感器
NH3传感器
二氧化碳浓度传感器
氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
汽车尾气分析
有毒气体传感器的使用
二、认识气敏传感器
1、气敏传感器的性能要求：
三、气体传感器的应用
气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，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)、电源电路 一般气敏元件的工作电压不高 (3V～10V)，其工作电压，特别是供 给加热的电压，必须稳定。否则，将 导致加热器的温度变化幅度过大，使 气敏元件的工作点漂移，影响检测准 确性。
(1) MOS二极管气敏器件
MOS二极管气敏元件制作过程
是在P型半导体硅片上，利用热氧化工艺生成一层厚度为50~100 nm 的二氧化硅 (SiO 2) 层，然后在其上面蒸发一层钯 (Pd) 的金 属薄膜，作为栅电极，如图9-5(a)所示。
M(Pd) C SiO2 Ca P—Si Cs O (a ) (b ) (c) b a
以质量浓度的单位（mg/m3）表示，中国的标准规范也都是采
用质量浓度单位（如：mg/m3）表示。
什么是气敏传感器？
气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。
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。
气体传感器简介ppt课件
红外线气体传感器基本机构 （由光学部件和测量电路构成，测量电路的
结构由光学部件及系统功能决定）
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10
接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器：
接触燃烧式气体传感器分为 直接接触燃烧式、 催化接触燃烧式
特性： 对不燃烧气体不敏感，，具 有广谱特性即能检测各种可 燃气体，亦称为热导性传感
发生原理：
气体传感器通过测量它附近气体浓度与气体相互作用，每种气体 都有一个独特的电场，传感器通过这些电场来识别气体，在装置 内通过测量电流放电来决定气体浓度。
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3
气体传感器分类
电化学式 气体传 感器
半导体氧化 物型气体 传感器
热导气体 传感器
红外线型 气体传 感器
接触燃烧 式气体 传感器
工业用气的传感器
检测以及科学测量等领域
英国Alphasense
Dynament炜盛
Alphasense是位于英国的气体传 感器公司，主要产品是O2、有毒 气体和易燃气体传感器。该公司 传感器技术涵盖了电化学，催化，
光学和半导体四种类
国内方面，主要的气体传感器企 业有炜盛科技，天津费加罗（中 日合资），718所。重庆煤科院和 山西腾星等，其中，炜盛科技是 目前国内唯一能生产半导体类， 催化燃烧，电化学和红外光学的企业
器
工作原理： 气敏材料（如Pt电热丝）在 通电状态下，可燃气体氧化 燃烧，或在催化剂下氧化燃 烧，电热丝由此升温，从而
阻值发生变化。
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11
热导气体传感器
热导池式气体传感器
每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导 率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。 这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高 浓度甲烷的检测。
气敏传感器检测应用-PPT课件
烧结成球状多孔体。将烧结后的小球 , 放在贵金属铂、钯
等的盐溶液中 , 充分浸渍后取出烘干。然后经过高温热处 理 , 使在氧化铝 ( 氧化铝一氧化硅 ) 载体上形成贵金属触媒
层,最后组装成气体敏感元件。
湖南铁道职业技术
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设
F2 D R1 M F1 C
W2 B
E0
R2
W1
湖南铁道职业技术
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设
R R R F F 1 1 E E 0 R R R R R F F F 1 2 1 2
湖南铁道职业技术
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设
2、接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路
A
F2
M
F1
D R1
C
W2
B
R2 W1
E0
湖南铁道职业技术
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设
F1 是检测元件， F2 是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体 接触燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的 偏差。
湖南铁道职业技术
E=k•m•b
丙烷 输 150 出 电 100 压 / mV 50 乙醇 异丁烷 丙酮 环己烷 0 0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
气体浓度(XLEL)
接触燃烧式气敏元件的感应特性
3、接触燃烧式气敏元件的结构
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设 用高纯的铂丝 , 绕制成线圈 , 为了使线圈具有适当的阻值 (1Ω～2Ω),一般应绕10圈以上。在线圈外面涂以氧化铝或 氧化铝和氧化硅组成的膏状涂覆层 , 干燥后在一定温度下
3章1气敏传感器
2013-8-4 18
湿度传感器的分类
2013-8-4
19
水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害
2013-8-4
20
湿度对电子元件的影响
当环境的相对湿度增大时，物体表面就 会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅 降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短 路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引 起有机材料的霉烂。
2013-8-4 31
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，应用 极其广泛；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。
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。
2013-8-4 12
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。 图3-26是用于汽车或燃烧炉排放气体中的氧浓度 传感器结构图及测量转换电路。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。 在图b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 阻值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根 据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。
湿度传感器的分类
2013-8-4
19
水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害
2013-8-4
20
湿度对电子元件的影响
当环境的相对湿度增大时，物体表面就 会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅 降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短 路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引 起有机材料的霉烂。
2013-8-4 31
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，应用 极其广泛；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。
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。
2013-8-4 12
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。 图3-26是用于汽车或燃烧炉排放气体中的氧浓度 传感器结构图及测量转换电路。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。 在图b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 阻值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根 据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。
《气体传感器》PPT课件
器 件 电 阻 / k
电阻型气体传感器的主要特性参数：
1. 固有电阻R0和工作电阻RS
10 0
2. 灵敏度S S＝ RS / R0
50
3. 响应时间T1
4. 恢复时间T2
5
5. 加热电阻RH和加热功率PH
加 热开 关
电阻型气体传感器优缺点：
1. 成本低、制造简单、灵敏度高、响 应快、寿命长、对湿度敏感低、电 路简单。
结型气敏器件又称气敏二极管，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 气体而变化，其整流作用也随之变化
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在常温下选择性地对硅烷 响应，灵敏度高。
8
2.2.1 结型气敏器件
MOS二级管气敏元件
利用MOS二极管的电容-电压特性的变化
在两电极发生如下反应：
()极P ： O2(2), 2O2O24e ()极P ： O2(1), O24e2O2
4e
4e
+-
浓差电池原理
上述反应的电动势用能斯特方程表示：
ERlT n P O 2(1 ) 或 E ＝ 0 .04 Tl9n P O 6 2(1 )
nFP O 2(2 )
P O 2(2 )
应用实例见教材
工作原理：
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；
与被测气体接触，与吸附氧发生反应;
元件表面电导增加，电阻减小。
提高器件的选择性和灵敏度的措施：参
杂改善前者，设置合适的工作温度、改
进制备工艺可改善后者。
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4
新型传感器原理及应用ppt课件
半导瓷材料的表面电阻下降。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。
5.1 气敏、湿敏传感器
2) 正特性湿敏半导瓷的导电原理 正特性材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不 同。当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时，导 致其表面层电子浓度下降，但这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。
5.1 气敏、湿敏传感器
2. 半导体陶瓷湿敏电阻
通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这 些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和Fe3O4等， 前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷， 最后一种材料的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 (以下简称半导瓷)。
1—ZnO-LiO2-V2O5；2—Si-Na2OV2O5；3—TiO2-MgO-Cr2O3
Fe3O4半导瓷正湿敏特性图
5.1 气敏、湿敏传感器
1) 负特性湿敏半导瓷的导电原理
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动势下降， 将吸引更多的空穴到达其表面，于是，其表面层的电阻下降。若 该半导瓷为N型，则由于水分子的附着使表面电动势下降，如果表 面电动势下降较多，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 在表面迁移而表现出电导特性。因此，由于水分子的吸附，使N型
5.1 气敏、湿敏传感器
2) 正特性湿敏半导瓷的导电原理 正特性材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不 同。当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时，导 致其表面层电子浓度下降，但这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。
5.1 气敏、湿敏传感器
2. 半导体陶瓷湿敏电阻
通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这 些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和Fe3O4等， 前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷， 最后一种材料的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 (以下简称半导瓷)。
1—ZnO-LiO2-V2O5；2—Si-Na2OV2O5；3—TiO2-MgO-Cr2O3
Fe3O4半导瓷正湿敏特性图
5.1 气敏、湿敏传感器
1) 负特性湿敏半导瓷的导电原理
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动势下降， 将吸引更多的空穴到达其表面，于是，其表面层的电阻下降。若 该半导瓷为N型，则由于水分子的附着使表面电动势下降，如果表 面电动势下降较多，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 在表面迁移而表现出电导特性。因此，由于水分子的吸附，使N型
3章1气敏传感器.
目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加 热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内； 另一种是旁热式，这种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。
2021/5/21
33
以SnO2气敏元件为例，它是由0.1--10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2.4.1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，
3.3.3.1 MQ-N5型气敏元件
1) 原理 QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材 料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导 率随气体浓度的增加而迅速升高。
2021/5/21
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2) 特点 用于可燃性气体的检测（CH4、C4H10、H2等）； 灵敏度高；响应速度快；输出信号大；寿命长，工作稳定可 靠。
3
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
2021/5/21
5
酒精传感器的选择性
2021/5/21
6
气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图， 看一下能否说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利？
2021/5/21
7
家庭用煤气报警器
2021/5/21
8
家庭用液化气 报警器
2021年气敏传感器及信号调理电路概要精品资料PPT
类别
电 阻 型
类型
原件结构
表面控制型 体控制性
SnO2、ZnO等 的烧结体、薄 膜、厚膜
氧化钛、氧化镁、 SnO2
检测对象 可燃性气体
酒精、可燃性气电
-氧化钛
阻
表面控制型
型
铂栅、钯栅
氢气、一氧化 碳、酒精
氢气、硫化 氢
3 电阻型传感器
3.1表面电阻控制型传感器
必须指出，使用元件时必须预热，待元件达到初始稳定状态时，才能开始测量。 二是以阳离子形式被吸附。
气敏电阻对被测气体的吸附作用有两种形式，一是以阴离子形式被吸附； 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。 m—可燃性气体的浓度[％(Vol)]； N型半导体吸附气体时的器件电阻变化。 按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型和非电阻型两种。
气敏传感器
及信号调理电路
一．概述 二．分类 三．电阻型传感器 四．非电阻型传感器 五．接触燃烧式气敏传感器 六．气敏传感器的应用
一
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 测气体在环境中存在情况有关的信息。
从构成材料可将 气敏传感器归为两类类： 半导体、非半导体
•
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。
• 半导体气敏传感器按照半导体与气体的相互作用 是在其表面，还是内部，可划分为表面控制型和体 控制型两类；
• 按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型 和非电阻型两种。
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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 10.10.2020
14
氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
10.10.2020
15
汽车尾气分析
10.10.2020
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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)
3.3 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。
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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
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3.2 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)。
相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温 度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用 来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%时， 称饱和状态。
其电阻率 变化约有多少 个数量级？
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电子相对湿度仪表的标定仪器 干球
湿球
干湿球湿度计外形及原理量相对湿度
风
玻璃酒精 温度计
棉球 水槽
上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉 球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸 发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低 于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相对 湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现在 还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。
图2-24 MQN型气敏电阻结构及测量电路
功能：可用 于可燃性气 体的检测、 检漏
适用范围： 可燃性气体和可燃 性液体蒸汽（天然 气、液化石油气、 煤气、一氧化碳、 烷烃、烯烃、醇类、 汽油、煤气）及烟 雾。
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MQN 型 气 敏 半 导 体 器 件 是 由 塑 料 底 座 、 电 极 引 线、不锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的 两组铂丝组成。一组铂丝为工作电极，另一组（下图 中的左边铂丝）为加热电极兼工作电极。
湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解
质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体
内部，引起半导体的电阻值降低，因此可以利
用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏
电阻。
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湿度传感器的分类
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水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害
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湿度对电子元件的影响
第三章 3.1 气敏电阻传感器
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。
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测量露点的仪器
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露点传感器外形
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电子湿度计模块
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封装后 的外形
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电子式温湿度计
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机械式、电子式温湿度计对比
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陶瓷湿度传感器特性曲线
在右图所 示的陶瓷湿度 传感器特性曲 线中，纵坐标 的标度有何特 点？
当环境的相对湿度增大时，物体表面就 会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅 降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短 路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引 起有机材料的霉烂。
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露点
降低温度 会产生结露现 象。露点与农 作物的生长有 很大关系，结 露也严重影响 电子仪器的正 常工作，必须 予以注意。
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一氧化碳传感器
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其他气体传感器 甲烷传感器
NH3传感器
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二、二氧化钛氧浓度传感器图3-26
TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路
a）结构
b）测量转换电路
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。
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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。 图3-26是用于汽车或燃烧炉排放气体中的氧浓度
传感器结构图及测量转换电路。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。
在图b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 阻值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根 据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。
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图3-26 TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路
a）结构 b）测量转换电路
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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
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酒精传感器的选择性
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气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图， 看一下能否说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利？
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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
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）。
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
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