气敏传感器汇总
气敏传感器主要参数
气敏传感器主要参数一、背景介绍气敏传感器是一种能够感知周围气体浓度变化的设备，广泛应用于环境监测、安全控制、工业自动化等领域。
在选择气敏传感器时，了解其主要参数是非常重要的。
二、响应时间响应时间是气敏传感器对气体浓度变化的快速反应能力。
常见的气敏传感器响应时间一般在毫秒级别，对于一些应用场景，如燃气泄漏检测，需要快速响应的传感器。
因此，在选择气敏传感器时，要对其响应时间进行评估。
三、灵敏度灵敏度是气敏传感器检测气体浓度变化的能力。
灵敏度通常表示为对应浓度变化的电信号输出。
传感器的灵敏度越高，可以检测到更小浓度的气体。
因此，在选择气敏传感器时，要考虑所需检测气体的浓度范围，并选择合适的灵敏度。
四、选择性选择性是指气敏传感器对不同气体的响应能力。
不同的气敏传感器对不同气体的选择性不同。
在一些特定应用场景中，可能需要针对性地选择具有特定选择性的传感器。
因此，在选择气敏传感器时，要了解其选择性能力。
五、工作温度范围工作温度范围是指气敏传感器能够正常工作的温度范围。
传感器的工作温度范围应与实际应用环境的温度范围相匹配。
在选择气敏传感器时，要注意其工作温度范围，以免因温度过高或过低影响传感器的性能。
六、精度精度是指气敏传感器输出值与实际浓度值之间的差异程度。
传感器的精度越高，输出值与实际浓度值的差异越小，表示其测量结果更加准确。
在一些对测量结果精度要求较高的应用中，要选择具有较高精度的传感器。
七、功耗功耗是指气敏传感器在工作时所消耗的电能。
传感器的功耗越低，可以延长其使用寿命，减少更换电池的频率。
在一些需要长时间连续工作的应用中，选择低功耗的传感器尤为重要。
八、稳定性稳定性是指气敏传感器输出值在长期使用下的重复性和一致性。
传感器具有良好的稳定性时，其输出值在相同条件下具有较小的扩散。
在一些长期监测的应用中，选择具有较好稳定性的传感器可以减少定期校准和维护的频率。
九、线性度线性度是指气敏传感器输出值与浓度变化之间的线性关系。
气敏传感器的原理与应用
气敏传感器的原理与应用1. 气敏传感器的概述•气敏传感器是一种可以检测和测量气体浓度的装置，常用于环境监测、工业生产和安全检测等领域。
•气敏传感器的原理基于气体与传感器元件之间的相互作用，通过测量元件的电阻、电容或其他属性变化来判断气体的浓度。
2. 气敏传感器的工作原理• 2.1 电化学型气敏传感器–电化学传感器使用化学反应来检测气体浓度，常见的有电池式气体传感器和电解池式气体传感器。
–电化学传感器通过气体与传感器内部的电极相互作用产生电流或电势变化，进而测量气体浓度。
• 2.2 电阻型气敏传感器–电阻型传感器利用气体对敏感材料电阻的影响来测量气体浓度，常见的有氧气传感器、CO传感器等。
–当敏感材料暴露在目标气体中时，其电阻会随气体浓度的变化而变化，可以通过测量电阻的变化来获得气体浓度信息。
• 2.3 光学型气敏传感器–光学型传感器利用气体分子对光的吸收或发射特性来测量气体浓度，常见的有红外线气敏传感器、紫外线气敏传感器等。
–这类传感器通过测量气体吸收或发射的光强的变化来判断气体浓度。
3. 气敏传感器的应用• 3.1 环境监测–气敏传感器可以用于室内和室外空气质量监测，例如检测空气中的二氧化碳、甲醛等有害气体。
–在工业污染防治中，气敏传感器也能用于监测废气排放情况，确保生产过程的环保合规。
• 3.2 仪器设备–气敏传感器可以应用于仪器设备中，例如气体检测仪、火灾报警器等，及时发现和报警气体泄露或火灾等灾害。
–在医疗设备中，气敏传感器可以用于检测患者呼吸气体的成分，帮助医生进行病情诊断。
• 3.3 智能家居–气敏传感器可以应用于智能家居系统中，例如监测室内温度、湿度、甲醛等有害气体浓度，提醒用户开窗通风。
–在智能安防领域，气敏传感器可以配合视频监控系统，检测烟雾和有毒气体，实现及时报警和紧急处理。
4. 气敏传感器的发展趋势• 4.1 小型化–随着微电子技术的发展，气敏传感器逐渐实现了更小型化的设计，可以更方便地嵌入到各种设备和系统中。
常见气体传感器及其应用资料
1．QM—N5型气敏传感器及应用 QM—N5是一种应用广泛的国产气敏传感器，它由绝 缘陶瓷管、加热器、电极及氧化锡烧结体等构成。 工作时，电热丝通电加热，当无被测气体流入时， 由于空气中的氧成分大体上是恒定的，因而氧的吸 附量也是恒定的，气敏元件的阻值大致保持不变。 当有被测气体流入，元件表面将产生吸附作用，元 件的阻值将随气体浓度而变化，然后由测量回路按 照浓度和阻值的变化关系即可推算出气体的浓度。
图5-3 QM—N5外形和符号
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（1）一氧化碳报警器
图5-4 CO检测换气报警自动控制电路
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（2）集成可燃性气体检测器
图5-6 可燃性气体检测器电路
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工作原理如下： ➢9V直流电源经电阻RP1限流，为QM—N5的丝极hh提供了110mA左右的电流；将A-A与B-B测量极预热； ➢在清洁的空气中，两测量极间的电阻较大，B-B端 对地电位较低，气敏元件无信号输出 ，1IC为SL322 型发光显示电平指示驱动电路，其①脚为第一组的 输入端， 无信号输入时③~⑦、⑫~⑯脚均为低电 位，因此，2IC、3IC均不工作,无报警信号；
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任务实施： 图5-13电路中，A1、A2和A3构成比较器，调节RP1可设定排 气扇启动点，调节RP2可设定报警点，调节RP3可使LED1平 时熄灭，当MQK—2气敏传感器的加热丝烧断时，A3翻转 输出高电平，VT3导通，LED1发光，表示MQK—2气敏传感 器失效。VD3为温度补偿二极管。R2、VD1、VD2、C3组成 开机延时电路，可避免初期特性造成的开机误报警，R2阻 值可根据延时时间长短选择，报警电路采用KD9561发出警 车声。
第10章 气敏传感器及其应用
第10章气敏传感器及其应用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。
气敏传感器的实物如图10-1所示。
图10-1 气敏传感器实物图10.1气敏电阻气敏电阻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。
10.1.1气敏传感器的工作原理由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。
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（氧化锡）金属氧化物半导体气敏材料，通过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。
还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。
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。
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
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。
传感器型号大全
传感器型号大全
1. 温度传感器
温度传感器是一种用于测量周围环境温度的传感器。
以下是一
些常见的温度传感器型号：
- DS18B20：数字温度传感器，具有高精度和快速响应的特点。
- LM35：模拟温度传感器，可提供线性输出。
- DHT11：数字湿温度传感器，能够同时测量温度和湿度。
2. 光敏传感器
光敏传感器是用于检测光强度或光线的传感器。
以下是一些常
见的光敏传感器型号：
- LDR（光敏电阻）：根据光照强度变化提供不同的电阻值。
- Photodiode（光电二极管）：将光能转化为电能的传感器。
3. 气体传感器
气体传感器用于检测周围环境中的气体浓度。
以下是一些常见
的气体传感器型号：
- MQ-2：可检测烟雾、液化气、甲烷等气体。
4. 水质传感器
水质传感器用于检测水体中的各种物质和参数。
以下是一些常见的水质传感器型号：
- pH传感器：用于测量水体的酸碱度。
- 温度传感器：用于测量水体的温度。
- 溶解氧传感器：用于测量水中的溶解氧含量。
- 浊度传感器：用于测量水的浊度。
5. 加速度传感器
加速度传感器用于测量物体的加速度。
以下是一些常见的加速度传感器型号：
- ADXL345：数字三轴加速度传感器，可测量三个方向上的加速度。
以上是一些常见的传感器型号，供参考使用。
对于不同的应用领域和具体需求，还有更多种类的传感器可供选择和使用。
请注意，本文档提供的型号仅供参考，具体的应用和选型还需根据实际需求进行评估和选择。
几种气体传感器的检测原理
几种气体传感器的检测原理气体传感器是一种用于检测和测量气体浓度的装置。
根据检测原理的不同，可以将气体传感器分为多种类型。
下面将介绍几种常见的气体传感器及其检测原理。
1.电化学传感器：电化学传感器是一种将气体与电化学反应相结合进行检测的传感器。
其基本原理是通过被测气体与电极发生氧化还原反应，产生电流或电势变化，并由传感器进行测量和分析。
电化学传感器常用来检测一氧化碳、二氧化硫等有毒气体。
电化学传感器具有高精度、高灵敏度和良好的重复性等优势。
2.红外传感器：红外传感器是利用气体分子与红外辐射之间的相互作用进行检测的传感器。
其原理是利用被测气体吸收红外辐射的特性来测量气体浓度。
红外传感器可以用于检测多种气体，如二氧化碳、甲烷和乙烯等。
红外传感器具有快速响应、高灵敏度和稳定性好的特点。
3.半导体传感器：半导体传感器是利用被测气体对半导体材料电阻率的改变进行检测的传感器。
其原理是当被测气体与半导体传感器表面发生化学反应时，会导致传感器材料的电阻发生变化。
半导体传感器常用于检测可燃气体，如甲烷、丙烷等。
半导体传感器具有响应速度快、价格低廉等优势。
4.压电传感器：压电传感器是利用压电效应检测被测气体的传感器。
其原理是被测气体与压电材料接触后，改变了压电材料的尺寸和形状，从而产生电荷或电流。
压电传感器常用于检测氨气、二氧化硫等气体。
压电传感器具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强的特点。
5.离子传感器：离子传感器是一种通过测量被测气体中离子浓度来检测气体的传感器。
其原理是被测气体与离子选择性电极或离子选择性膜作用，将离子吸附到电极或膜表面，从而改变电位差或电流。
离子传感器常用于检测酸雾、汞等气体。
离子传感器具有高精度、高灵敏度和耐腐蚀等优势。
总之，气体传感器根据检测原理的不同可以分为电化学传感器、红外传感器、半导体传感器、压电传感器和离子传感器等多种类型。
每种传感器都具有其独特的优势和适用范围，可以满足不同环境下的气体检测需求。
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。
七大类常用气体传感器优缺点对比
七大类常用气体传感器优缺点对比七大类常用气体传感器优缺点对比一、半导体传感器和电化学传感器的区别半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用气体探测器。
而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。
二、半导体型气体传感器的优缺点自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器已经成为当今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。
它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。
不足之处是必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面。
三、接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器只能测量可燃气体。
又分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式，原理是气敏材料在通电状态下，可燃气体在表面或者在催化剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。
后者因为催化剂的关系具有广普特性应用更广，如KG2100A系列，KG100A系列，KG2100B系列，和KG100B系列等。
四、固态电解质气体传感器顾名思义，固态电解质就是以固体离子导电为电解质的化学电池。
它介于半导体和电化学之间。
选择性，灵敏度高于半导体而寿命又长于电化学，所以也得到了很多的应用，不足之处就是响应时间过长。
五、电化学气体传感器的工作原理电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以检测许多有毒气体和氧气，后者还能检测血液中的氧浓度。
电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。
不足之处是有寿命的限制一般为两年，但深安旭传感技术公司研发的DH7系列产品多数已经达到3年使用寿命。
六、光学式气体传感器光学式气体传感器主要包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等等，主要以红外吸收型为主。
由于不同气体对红外波吸收程度不同，通过测量红外吸收波长来检测气体。
气敏传感器
氧化锡﹑氧化锌
氧化钛﹑氧化锡 ﹑氧化镁
室温 ~450℃ 可燃性气体 ﹑
300℃~450 可燃性气体﹑乙
℃
醇﹑氧气
表面电位
氧化银
室温
硫﹑醇
非 电 阻
二极管整流特 性
型
晶体管特性
铂/硫化镉﹑铂/ 氧化钛
铂栅MOS场效应管
室温
氢气﹑一氧化碳
~450℃ ﹑乙醇
150℃
氢气﹑硫化氢
气敏传感器应满足下列要求：
K Rs (c2 ) Rs (c1 )
Rs(C2) ：代表检测气体为S ，浓度为C2时的器件 电阻值 ；Rs(C1) ：表示检测气体为S，其浓度为 C1时器件电阻值
选择性：表示气体传感器对被测气体的识别(选择)
以及对干扰气体的抑制能力 ，如下式表示：
SA/ B
KA KB
SA/B-传感器对A气体的选择性系数；
传感检测技术基础
介绍气敏传感器的概念，种类；
按构成材料的特性 ，分为半导体和非半导 体两大类 ；
半导体气敏传感器可分为电阻型和非电阻 型两类,如表8.1所示；
电阻型与非电阻型检测气体的浓度功能的 不同
表8.1半导体气敏传感器的分类
物理特性
敏感材料
工作温度 被测气体
表面电阻控
电 阻 型
电 阻
制
体电阻控制
图8.2 烧结型半导体气敏传感器结构
薄膜型气敏传感器结构，如图8.3所示：
图8.3 薄膜型半导体气敏传感器结构
厚膜型气敏传感器 ，如图所示：
图8.4 厚膜型半导体气敏传感器
上述三种气敏传感器的共同之处是皆附有加热丝， 加热的方式有直热式和旁热式 ；
SnO2半导体气敏传感器的电阻变化率与气体浓度 变化的关系 ，如图示：
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
常见气体传感器及其应用
工作原理如下 ： 当气体传感器探测不到酒精时，加在A5脚的电平为低 电平；当气体传感器探测到酒精时，其内阻变低，从 而使A5脚电平变高。图5-10中A为显示驱动器，它共有 十个输出端，每个输出端可以驱动一个发光二极管， 显示驱动器A根据第⑤脚电平高低来确定依次点亮发光 二极管的级数，酒精含量越高则点亮二极管的级数越 大。上五个发光二极管为红色，表示超过安全水平。 下五个发光二极管为绿色，表示安全水平（酒精含量 不超过0.5%）。
图5-9 几款TGS气敏传感器实物及
长江工程职业技术学院自动化教研室
（1）火灾烟雾报警器 利用TGS—109气敏器件对烟雾的敏感，设计出火灾烟 雾报警器。在火灾初期，总要产生可燃性气体和烟雾 ，因此可以利用SnO2气敏器材作烟雾报警器，在火灾 酿成之前进行预报。 火灾报警器具有双重报警机构：当火灾发生时，温度 升高，达到一定温度时热传感器动作，蜂鸣器鸣响报 警；当烟雾或可燃气体达到预定报警浓度时，气敏器 件发生作用时报警电路动作，蜂鸣器也鸣响报警。
可燃性气体检测器电
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（3）矿灯瓦斯报警器
图5-8 矿灯瓦斯报警器电路
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工作原理如下 ： ➢而当瓦斯浓度较低时，由于电位器RP的输出电压较 低，VT1截止，所以VT2、VT3也截止，矿灯不闪烁报 警； ➢当矿内瓦斯浓度超过设定浓度时，电位器RP的输出 信号通过二极管VD加到三极管VT1的基极，使VT1导 通，从而使VT2、VT3得到供电而开始工作，由VT2、 VT3、R2、R3、C1和C2组成的是一个互补式自激多谐 振荡器 驱动继电器开关K不断地断开和闭合，使矿灯 形成闪光，说明瓦斯浓度已超过了设定值。
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7-1 气敏传感器
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。
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
旁热式特点：测量电极与加热器分离，避免相互干扰； 热容量大，避免了环境温度变化对敏感元件特性的影响。
市场上应用多为这种。
a）管芯结构；b）符号 旁热式气敏元件结构及符号
二、常见气敏传感器的原理
2）厚膜型SnO2气敏元件 特点：机械强度和一致性比较好。
二、常见气敏传感器的原理
其中应用较为广泛的是半导体气敏传感器和传感器的原理
原理：利用气体吸附而使半导体的电导率发生变化的。 （P121）
常用金属氧化物半导体主要有SnO2、ZnO、Fe2O3等。
二、常见气敏传感器的原理
1.SnO2气敏元件 （1）SnO2气敏元件的工作原理（P121） 气敏元件被加热到稳定状态后，在被测气体接触元件的表面 被吸附后，元件的电阻值就会产生较大的变化。
二、常见气敏传感器的原理
（2）薄膜型ZnO气敏元件 对乙醇、甲烷、一氧化碳、气油等敏感。
ZnO薄膜气敏元件结构示意图
二、常见气敏传感器的原理
（3）多层式ZnO气敏元件 对乙醇敏感。
ZnO铂铱复合型传感器结构图
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 MQS2B为气敏传感器，无有害气体时阻值较高； 有有害气体时时阻值迅速减小→Uab下降→B端电压升高
（3）酒精检测报警器 QM-NJ9为气敏传感器，无酒精气体时阻值较高； 有酒精气体时时阻值迅速减小→Uab下降→Urp升高
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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气敏传感器第八章气敏接触燃烧式气敏元件金属氧化物 1,检测原理可燃性气体(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, 2,接触燃烧式气敏元件的结构用高纯的铂丝,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.除此之外,也可以将贵金属触媒粉体与氧化铝,氧化硅等载体充分混合后配成膏状,涂覆在铂丝绕成的线圈上,直接烧成后备用.另外,作为补偿元件的铂线圈,其尺寸,阻值均应与检测元件相同.并且,也应涂覆氧化铝或者氧化硅载体层,只是无须浸渍贵金属盐溶液或者混入贵金属触媒粉体,形成触媒层而已.触媒Al2O3载体Pt丝元件(0.8-2)mm(b)敏感元件外形图接触燃烧式气敏元件结构示意图(a)元件的内部示意图二,半导体气体传感器气体敏感元件,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.目前流行的定性模型是:原子价 (1)气敏元件的电阻值将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值,称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值,表示为Ra.一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围.测定固有电阻值Ra时, 要求必须在洁净空气环境中进行.由于经济地理环境的差异,各地区空气中含有的气体成分差别较大,即使对于同一气敏元件,在温度相同的条件下,在不同地区进行测定,其固有电阻值也都将出现差别.因此,必须在洁净的空气环境中进行测量.(2)气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标.它表示气体敏感元件的电参量(如电阻型气敏元件的电阻值)与被测气体浓度之间的依从关系.表示方法有三种(a)电阻比灵敏度K(b)气体分离度RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值:RC2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值.通常,C1>C2.(c)输出电压比灵敏度KVVa:气敏元件在洁净空气中工作时,负载电阻上的电压输出;Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时,负载电阻的电压输出Ra—气敏元件在洁净空气中的电阻值;Rg—气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值(4)气敏元件的响应时间表示在工作温度下,气敏元件对被测气体的响应速度.一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时,直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63%时为止,所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间,通常用符号tr表示.(3)气敏元件的分辨率表示气敏元件对被测气体的识别(选择)以及对干扰气体的抑制能力.气敏元件分辨率S表示为Va—气敏元件在洁净空气中工作时,负载电阻上的输出电压;Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时,负载电阻上的电压Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时,负载电阻的电压(5)气敏元件的加热电阻和加热功率气敏元件一般工作在200℃以上高温.为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻,用RH表示.直热式的加热电阻值一般小于5Ω;旁热式的加热电阻大于20Ω.气敏元件正常工作所需的加热电路功率,称为加热功率,用PH表示.一般在(0.5～2.0)W范围.(6)气敏元件的恢复时间表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63%时所需时间. (7)初期稳定时间长期在非工作状态下存放的气敏元件,因表面吸附空气中的水分或者其他气体,导致其表面状态的变化,在加上电负荷后,随着元件温度的升高,发生解吸现象.因此,使气敏元件恢复正常工作状态,需要一定的时间,称为气敏元件的初期稳定时间.一般电阻型气敏元件,在刚通电的瞬间,其电阻值将下降,然后再上升,最后达到稳定.由开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间,称为初期稳定时间.初期稳定时间是敏感元件存放时间和环境状态的函数.存放时间越长,其初期稳定时间也越长.在一般条件下,气敏元件存放两周以后,其初期稳定时间即可达最大值.2,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)内热式气敏器件结构及符号1234SnO2烧结体加热极兼电极(a)结构4321(b)符号由芯片(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.(2)旁热式SnO2气敏元件加热器电阻值一般为30Ω～40Ω电极加热器瓷绝缘管旁热式气敏器件结构及符号SnO2烧结体123456(a)结构(b)符号7100目不锈钢网18.4123123456745°45°气敏元件外形和引出线分布三,氧化锆氧气传感器固体电解质是具有离子导电性能的固体物质.一般认为,固体物质(金属或半导体)中,作为载流子传导电流的是正,负离子.可是,在固体电解质中,作为载流子传导电流的,却主要是离子.二氧化锆(ZrO2)在高温下(但尚远未达到熔融的温度)具有氧离子传导性.纯净的二氧化锆在常温下属于单斜晶系,随着温度的升高,发生相转变.在1100℃下,为正方晶系,2500℃下,为立方晶系,2700℃下熔融,在熔融二氧化锆中添加氧化钙,三氧化二钇,氧化镁等杂质后,成为稳定的正方晶型,具有莹石结构,称为稳定化二氧化锆.并且由于杂质的加入,在二氧化锆晶格中产生氧空位,其浓度随杂质的种类和添加量而改变,其离子电导性也随杂质的种类和数量而变化. 在二氧化锆中添加氧化钙,三氧化二钇等添加物后,其离子电导都将发生改变.尤其是在氧化钙添加量为15%mol左右时,离子电导出现极大值.但是,由于二氧化锆一氧化钙固溶体的离子活性较低,要在高温下,气敏元件才有足够的灵敏度.添加三氧化二钇的ZrO2-Y2O3固溶体,离子活性较高,在较低的温度下,其离子电导都较大,如图.因此,通常都用这种材料制作固定电解质氧敏元件.添加Y2O3的ZrO2固体电解质材料,称为YSZ材料.51015201234Yb2O3Y2O3CaO氧化物添加量/% molZrO2中杂质含量与电导关系离子电导lgα/Ω-1cm-1ZrO2系固体电解质的离子电导与温度关系56008001000120010-110-210-310-4123467t /℃离子导/Ω-1cm-11 添加8%molYb2O3 ;2 ZrO0.92 SC2O30.04 Yb2O30.043 ZrO2 ;4 添加10%molY2O3 ;5 添加13%molCaO6 添加15%molY2O3 ;7 添加10%molCeO四,气体传感器的应用分为检测,报警,监控等几种类型.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.2,辅助电路由于气敏元件自身的特性(温度系数,湿度系数,初期稳定性等),在设计,制作应用电路时,应予以考虑.如采用温度补偿电路,减少气敏元件的温度系数引起的误差;设置延时电路,防止通电初期,因气敏元件阻值大幅度变化造成误报;使用加热器失效通知电路,防止加热器失效导致漏报现象.下图是一温度补偿电路当环境温度降低时,则负温度热敏电阻(R5)的阻值增大,使相应的输出电压得到补偿.BZ~U气敏传感器氖管蜂鸣器NTC电阻WR1R2R3R4R5R6SCR右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.BZ气敏传感器PTC电阻R2R1R3R4BCRB蜂鸣器氖管3,检测工作电路这是气敏元件应用电路的主体部分.下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. ~220VBZ氖管家用可燃性气体报警器电路气敏传感器蜂鸣器BR下图是差分式可燃性气体检测仪电路原理图.在此电路中,BG1,BG2的参数应力求一致,最好选用差分对管.采用这种差分电路,检测气体的灵敏度可达100 ×10-6.K1W11W31W41W21R3R2BG1BG2R4R5K23V6VμA差分式可燃性气体检测仪电路R1RQ下图是家用煤气(CO)安全报警电路.一部分是煤气报警器,在煤气浓度达到危险界限前发生警报;另一部分是开放式负离子发生器,其作用是自动产生空气负离子,使煤气中主要有害成分一氧化碳与空气负离子中的臭氧(O3)反应,生成对人体无害的二氧化碳.IC1IC2J~220V KJ1R10 R12 R11 R1R2R3R4 BG1 BG2 C1C2C3C4R5R6R7R8R13 R9D1D2D3D4D5 DwW1W2C7C5C6 MT2 MT1 3CTS3 RQAB LED 621748521387B1B2D7煤气安全报警器原理图。