化学传感器

迟钝，同时能感觉到的化学对象的种类亦有限。比如人的嗅
觉不能识别有毒的CO，因而常常在不知不觉中中毒。
种类繁多的化学传感器的出现，突破了人类感官的局
限，比如，半导体气体传感器对人鼻嗅之无味的CO有着非常
灵敏的检测能Βιβλιοθήκη Baidu。
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化学传感器的概念
化学传感器：能将各种化学物质特性的变化定 性或定量地转化为电信号的传感器
特点
半导体式
接触燃烧式
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
还原性气体、城市排 放气体、丙烷气等
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
燃烧气体
灵敏度高，构造与电路简 单，但输出与气体浓度不 成比例
第11章 化学传感器
➢ 化学传感器、气敏传感器、湿度、湿敏传感器的定义； 知识单元 ➢ 湿度的表示方法（绝对湿度、相对湿度和露点）；
➢ 气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点； 与知识点
➢ 半导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理； ➢ 气敏传感器、湿敏传感器的应用。
能力点
理解化学传感器、气敏传感器、湿度、湿敏传感器的定义； 了解湿度的表示方法； 了解气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点； 会分析半导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理； 了解气敏传感器、湿敏传感器的应用。
✓ 掌握半导体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理； ✓ 了解气敏传感器、湿敏传感器的应用。
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物理传感器与化学传感器
在人类的感觉中，视觉、听觉和触觉获取的是物理信息
（光，力），与之相关的传感器被分类为物理传感器。嗅觉
、味觉获取的是化学信息（化学物质的浓度，组成），称为
化学传感器。
人的感觉有种种局限，它对许多有味物质的感觉比较
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填空题 1分
选择性是指在多种气体共存的条件下，气敏元件 [填空1] 的能力
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作答
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单选题 1分 气敏元件的稳定性反映了（）的能力
A 对被测气体浓度的高速响应 B 区分气体种类 C 抗干扰 D 灵敏度不随电源电压变化
提交
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气敏传感器的分类
类型
原理
检测对象
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。
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填空题 2分
气敏传感器是能够感知环境中 [填空1] 及其 [填空 2] 的敏感器件
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力 稳定性：当被测气体浓度不变时，若其他条件发生改变，在规定的
时间内气敏元件输出特性保持不变的能力 温度特性：气敏元件灵敏度随温度变化而变化的特性 湿度特性：气敏元件灵敏度随环境湿度变化而变化的特性 电源电压特性：指气敏元件灵敏度随电源电压变化而变化的特性 时效性：反映元件气敏特性稳定程度的时间，就是时效性； 互换性：同一型号元件之间气敏特性的一致性，反映了其互换性
气体的成份与浓度 离子或电解质浓度 空气湿度
11.1 气敏传感器 11.2 湿敏传感器
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二、化学传感器的分类
1、按工作原理分：
电化学式
电流型 电位型
光化学式 热学式 质量式
电导型
电位型传感器（potentiometric sensors）是将 溶解于电解质溶液中的离子作用于离子电极而产生 的电动势作为传感器的输出而取出，从而实现离子 的检测；电流型传感器（amperometric sensor）是 在保持电极和电解质溶液的界面为一恒定的电位时 ，将被测物直接氧化或还原，并将流过外电路的电 流作为传感器的输出而取出，从而实现化学物质的 检测；电导型传感器是以被测物氧化或还原后电解 质溶液电导的变化作为传感器的输出而取出，从而 实现物质的检测。
半导体式气敏传感器可分为：
电阻式 非电阻式
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半导体式气敏传感器
电阻式 非电阻式
烧结型 薄膜型 厚膜型
二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器 Pd—MOSFET气敏传感器
半导体式气敏传感器的分类
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（1）电阻式气敏传感器
重难点
重点：基本概念；气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点；导 体式气敏传感器、电阻式湿敏传感器的工作原理。
难点：半导体陶瓷湿敏材料的导电机理。
✓ 了解化学传感器、气敏传感器、湿敏传感器的定义及湿度的表示方法； 学习要求 ✓ 了解气敏传感器、湿敏传感器的主要参数和特性、类型、特点；
输出与气体浓度成比例， 但灵敏度较低
化学反应式
利用化学溶剂与气体反应产生 的电流、颜色、电导率的增加 等
CO、H2、CH4、C2H5OH、 气体选择性好，但不能重
SO2等
复使用
光干涉式
利用与空气的折射率不同而产 生的干涉现象
与空气折射率不同的 气体，如CO2等
寿命长，但选择性差
热传导式
根据热传导率差而放热的发热 元件的温度降低进行检测
与空气热传导率不同 的气体，如H2等
构造简单，但灵敏度低， 选择性差
红外线吸收 散射式
由于红外线照射气体分子谐振 而吸收或散射量进行检测
CO、CO2等
能定性测量，但装置大， 价格高
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11.1.2 半导体式气敏传感器的工作原理
半导体式气敏传感器概念：
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
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2、按换能器操作原理分
其他 热学式器件
光学式器件 化学传感器
电学式器件 质量敏感型器件
磁学式器件
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3、按检测对象分类
固体膜型
液膜型离子 离子传感器
离子选择性
半导体 接触燃烧型
化学传感器 气体传感器
湿度传感器 生物传感器
电阻式 电容式 其他
固体电解质 电解型
微生物传感器 酶传感器
免疫传感器
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11.1 气敏传感器
作答
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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
专一性
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气敏传感器的主要参数及特性
灵敏度：对被测气体(种类)的敏感程度 响应时间 ：对被测气体浓度的响应速度 选择性：指在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能