气敏湿敏电阻传感器的应用
4第二章 第三节 气敏、湿敏电阻传感器
(b) 电路 汽车后窗玻璃自动去湿装置
房间湿度控制器
湿度控制器电路原理图
录像机结露报警控制电路
录像机结露检测电路
1 4
2 3 1—引引；2—陶陶； 3—感相感；4—多多多
湿敏电阻结构示意图
7.0 6.5
吸吸.0 5.5 5.0 4.5 4.0 40
50
70 80 相相相相 / %RH
60
90
氯化锂湿度—电阻特性曲线
氯化锂湿敏元件的优点：滞后小，不受测试环 优点： 优点 境风速影响， 检测精度高达±５% 缺点： 缺点 ： 耐热性差，不能用于露点以下测量， 器件性能重复性不理想，使用寿命短
第3节 气敏、湿敏电阻传感器 气敏、
1、气敏传感器
类 型 原 理 检测对象
还原性气体、城市排 放气体、丙烷气等
特
点
半导体式
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 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 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 利用与空气的折射率不同而产 生的干涉现象 根据热传导率差而放热的发热 元件的温度降低进行检测 由于红外线照射气体分子谐振 而吸收或散射量进行检测
氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生 变化而制成的测湿元件。它由引线、基片、感湿层与电极组成。 氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，在氯化锂（LiCl）溶液 中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li＋对水分子的吸引力 强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。 当溶液置于一定温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水 分，使浓度降低，因此，其溶液电阻率增高。反之，环境相对 湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实现对湿 度的测量。
传感器原理及工程应用——气敏传感器原理及应用
传感器原理及工程应用——气敏传感器原理及应用传感器原理及工程应用题目：气敏传感器系部：专业：班级：姓名：学号：年月日摘要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。
一、气敏传感器工作原理气体传感器的测试原理如图1所示。
将气体传感器RS和固定采样电阻R1进行串联分压,测得总回路电压Ui、采集R1两端电压Uo,并通过公式RS=(Ui/Uo-1)*R1就可以计算出气体传感器的电阻值。
当气体传感器检测不同浓度的待测气体时,其电阻值会发生一定的变化,通过动态检测这一变化,就可以获得响应时间、恢复时间、感应前后的电阻值、灵敏度等参数。
其中,RH是加热电阻。
二、所用到的气敏元件气体敏感元件，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。
流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
1、半导体气敏元件的特性参数（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。
第三章__气敏[2]
![第三章__气敏[2]](https://img.taocdn.com/s3/m/cc6bfd3383c4bb4cf7ecd1c0.png)
第三章 气敏、湿敏电阻传感器第一节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中某些气体的成分、浓度。
例如，煤矿中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，将发生煤气中毒事件；农业塑料大棚中CO 2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中氧气含量不正确时，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），可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换成电流、电压信号。
一、气敏电阻的构成气敏电阻的材料是金属氧化物，制作上通过化学计量比的偏离的杂质缺陷制成的。
金属氧化物半导体分为N 型半导体（如2SnO 、23Fe O 等）和P 型半导体（如O C O 、PbO ）等。
为了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，还掺入催化剂，如钯Pd 、铂Pt 等。
二、气敏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理吸附和化学吸附。
在常温下主要是物理吸附，是气体与气敏材料表面上分子的吸附，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，化学吸附增加，在某一温度时达到最大值。
化学吸附是气体与气敏材料表面建立离子吸附，它们之间有电子的交换，存在化学键力。
若气敏电阻的温度再升高，由于解吸作用，两种吸附同时减小。
例如，用氧化锡（S n O 2）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100~300℃范围内电导率变化很大，表明此温度范围内化学吸附作用大。
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3-1所示。
气敏、湿敏传感器精选全文
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
14
氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
2021/3/18
15
汽车尾气分析
2021/3/18
16
有毒气体传感器的使用
2021/3/18
17
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
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
2021/3/18
5
酒精传感器的选择性
2021/3/18
NH3传感器
2021/3/18
11
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
12
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。
第3章 气湿热敏电阻传感器
3.4热电阻式传感器 • 3.4.1基本概念 热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特 性来实现对温度的测量的。 铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用 于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 • 3.4.2工作原理 1、铂电阻 铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表 示：
在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为
3. 电阻温度系数 热敏电阻的温度每变化1℃时电阻值的变化率叫做
热敏电阻的电阻温度系数。 即：
R / R = T
4. 耗散系数H 热敏电阻器温度每变化1℃所耗散的功率变化量。
பைடு நூலகம்
5. 时间常数τ
热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度突变
时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2％所需
的时间称为热敏电阻的时间常数 6. 最高工作温度Tmax
3.2 气 敏 传 感 器
3.2.1 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。
用途：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
S
Pd栅
D Al SiO2
N＋ P—Si
N＋
图 3-11 钯—MOS场效应晶体管的结构
3.2.3 气敏传感器应用
气体泄露报警、自动控制、自动测试等。
酒精测试仪
呼气管
家用气体报警器
家用气体报警器
图10-31是一种最简单的家用气体报警器电路。气-电转换器件采用测试回路 高电压的直热式气敏元件TGS109。当室内可燃性气体增加时，由于气敏元 件接触到可燃性性气体而其阻值降低，这样流经回路的电流便增加，可直
第八章 气敏湿敏传感器(讲)
(2) 薄膜型气敏元件采用真空镀膜或溅射方法，在石 英或陶瓷基片上制成金属氧化物薄膜（厚度0.1μm 以下），构成薄膜型气敏元件。 氧化锌（ZnO）薄 膜型气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘基片，通 过真空镀膜在基片上蒸镀锌金属，用铂或钯膜作引 出电极，最后将基片上的锌氧化。
氧化锌敏感材料是N型半导体，当添加铂作 催化剂时，对丁烷、丙烷、乙烷等烷烃气体有 较高的灵敏度，而对H2、CO2等气体灵敏度很低。 若用钯作催化剂时，对H2、CO有较高的灵敏度， 而对烷烃类气体灵敏度低。因此，这种元件有 良好的选择性，工作温度在400~500℃的较高温 度。
108 107
R/Ω 20℃ 40℃
106
105 104 103 20
60℃
80℃
40
60
80 100 相对湿度/%
MgCr2O4-TiO2系湿度传感器的电阻—温度特性
（c）响应时间
响应时间特性如图。根据响应时间的规定，从图中可知，响应 时间小于10s。
%RH 100 80 60 40 1%RH 50%RH 94%RH 50%RH
3、高分子湿度传感器
用有机高分子材料制成的湿度传感器，主要是利用其吸湿性 与胀缩性。某些高分子电介质吸湿后，介电常数明显改变，制成 了电容式湿度传感器；某些高分子电解质吸湿后，电阻明显变化 ，制成了电阻式湿度传感器；利用胀缩性高分子（如树脂）材料 和导电粒子，在吸湿之后的开关特性，制成了结露传感器。
引线端
感湿膜
梳状电极
基片
（1）电阻—湿度特性
当环境湿度变化时，传感器在吸湿和脱湿两种情况的感湿特性 曲线，如图。在整个湿度范围内，传感器均有感湿特性，其阻值 与相对湿度的关系在单对数坐标纸上近似为一直线。吸湿和脱湿 时湿度指示的最大误差值为(3～4)％RH。
气敏电阻应用
气敏电阻应用
气敏电阻是一种电子元器件，主要用于检测气体浓度变化。
它的内部结构由氧化物粉末和金属电极组成，当有害气体接触到氧化物粉末时，会导致电阻值发生变化，进而反映出气体浓度的变化。
气敏电阻广泛应用于空气质量检测、工业安全监测和家用智能化设备中。
例如，在空气净化器中，气敏电阻可以检测空气中的有害气体浓度，控制净化器的运行，保障空气质量。
此外，气敏电阻还可以用于燃气灶、烟雾报警器等家用设备中，检测有害气体浓度，保障家庭安全。
在工业生产中，气敏电阻也被广泛应用于检测有毒气体浓度，保障工人的安全。
总之，气敏电阻在现代生活和工业生产中发挥着重要作用，随着科技的不断进步，它的应用领域还将不断扩大。
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项目九：气敏、湿敏电阻传感器的应用
➢功用：检测环境气体成分及浓度、检测环境湿 度，并对其进行控制和显示的重要器件。
➢应用领域：在环境保护、家用电器、消防、农 业生产和安全生产等方面。
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图中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值的变 化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro 上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。
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MQ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
氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 如下图（b）所示。
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图所示, 1和2是加热电极, 3和4是气敏电阻的一对电 极。
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气敏元件的基本测量电路,
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一、气敏电阻传感器
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
、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。 气敏电阻工作原理：
气体的成分、浓度等参数变化 ↓
当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高 出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值， 这一特性 称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有 关，直热式较长，傍热式较短。
为缩短初期恢复时间和初期稳定时间， 在开始使用时， 要进行一段时间的高温处理， 同时在构成控制电路时应加延 时电路。若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块 硅片上， 则构成集成气敏传感器。
电阻发生变化 ↓
转换为电流、电压信号
主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。
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气敏电阻工作原理动画演示
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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等.氢气、一氧化 碳，硫化氢 ,甲烷，一氧化硫 。
➢ 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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金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。
补偿。
（3） 初期恢复特性及初期稳定特性： 经短期存放再通 电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称 为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。 存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7～15天后的初期 恢复时间一般约在2～5 min之内。
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气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
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家庭用煤气报警器
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RK-2000P可燃气体报警器采用高档CPU及高精度A/D转换器设计 而成，可同时挂接多只探测器，当被检测气体浓度超过报警设定值 时，仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动，从而阻止或 降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。
该类气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃）, 目的 是为了加速上述的氧化还原反应。
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（1） 气敏特性：遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时， 材料表面层电阻率增大。在检测前，材料表面已经吸着氧， 所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有 高 温 稳 定 性 的 半 导 体 材 料 只 有 金 属 氧 化 物 ， 常 见 的 是 SnO2 和 ZnO。
（4）
烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 氢气、 酒精、 硫化氢等。
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例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。
直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 功耗 小； 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 信号电路和加热电 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。
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（2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效
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酒 精 传 感 器
NH3 传 感 器
甲烷传感器
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其他还原性气体传感器
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呼气管
手持数字酒精测试仪
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