半导体敏感元件(气敏)
MQ-2 可燃气体检测用半导体气敏元件 说明书
产品说明书半导体气敏元件系列MQ-2可燃气体检测用半导体气敏元件MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO 2)。
当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。
使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。
这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
特点元件外形结构*在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度*对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高*长寿命、低成本*简单的驱动电路即可应用*家庭用气体泄漏报警器*工业用可燃气体报警器*便携式气体检测器技术指标基本测试回路上图是传感器的基本测试电路。
该传感器需要施加2个电压：加热器电压（V H ）和测试电压（V C ）。
其中V H 用于为传感器提供特定的工作温度。
V C 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（R L ）上的电压（V RL ）。
这种传感器具有轻微的极性，V C 需用直流电源。
在满足传感器电性能要求的前提下，V C 和V H 可以共用同一个电源电路。
为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。
敏感体功耗（Ps）值可用计算下式：Ps=Vc 2×Rs/(Rs+R L )2传感器电阻（Rs），可用下式计算：Rs=(Vc/V RL -1)×R L产品型号MQ-2产品类型半导体气敏元件标准封装胶木（黑胶木）检测气体可燃气体、烟雾检测浓度300-10000ppm(可燃气体)标准电路条件回路电压Vc ≤24VDC加热电压V H 5.0V±0.2V ACorDC负载电阻R L 可调标准测试条件下气敏元件特性加热电阻R H 31Ω±3Ω（室温）加热功耗P H ≤900mW敏感体表面电阻Rs2KΩ-20KΩ(in 2000ppmC 3H 8)灵敏度S Rs(in air)/Rs(1000ppm异丁烷)≥5浓度斜率α≤0.6(R 3000ppm /R 1000ppm C 3H 8)标准测试条件温度、湿度20℃±2℃；65%±5%RH 标准测试电路Vc:5.0V±0.1V；V H :5.0V±0.1V 预热时间不少于48小时VcV HGNDR LV RL灵敏度特性温/湿度的影响图1是传感器典型的灵敏度特性曲线。
气敏传感器
1.2 主要特性参数
1．回路电压 测试气敏传感器的回路所加的电压称为回路电压。
2．标定气体电压
在标定气体中，气敏传感器负载电阻的电压称为标定气体电压，
用UCS 表示。显然，UCS 与传感器工作电阻 RS、负载电阻 RL 及回路电压UC
有关，即
U CS
UC RL RS RL
（6-1）
3．洁净空气电压
（a）实物 （b）引脚图 （c）符号
f—加热电极； A、B—气敏电极
按照结构的不同，电阻型半导体式气敏传感器的敏感元件又可分为烧结型、薄膜型和厚膜型
（1）烧结型气敏元件。 工艺最成熟，且应用最广泛。
（2）薄膜型气敏元件。
优点：颗粒较小，且具有灵 敏度高、响应速度快、机械 性能好和成本低等。
图6-4 烧结型气敏元件的结构
洁净空气电压是指在洁净空气中气敏传感器负载电阻上的电压，用 UO 表示。
UO 与固有电阻 R0、负载电阻 RL 及回路电压UC 的关系可表示为
UOUC RL R0 RL Nhomakorabea（6-2）
4．固有电阻和工作电阻
固有电阻 表示气敏传感器在正常空气条件下（或洁净空气条件下）的阻 值，又称正常电阻；工作电阻 则表示气敏传感器在一定浓度的检测气体中的 阻值。
传感器原理与应用
1.1 工作原理和分类
1．半导体式气敏传感器
按照半导体物理特性的不同，可将其分为电阻型和非电阻型两类。
电阻型半导体式气敏传感器中，气敏半导体材料吸附气体时，其阻值会产生 变化，利用这一原理，便可通过测量阻值的变化而检测气体的成分或浓度。
（a）
（b）
（c）
图6-3 电阻型半导体式气敏传感器
图6-5 薄膜型气敏元件的结构
半导体气敏传感器的分类
半导体气敏传感器的分类半导体气敏传感器的世界可真是个神奇的地方，听起来可能有点复杂，但其实它就像我们生活中的调味品，给我们的科技增添了很多色彩。
这些传感器就像小侦探，能够感知空气中的各种气体，帮助我们实时监测环境，保护我们的健康。
想象一下，如果没有这些小家伙，我们可能每天都在呼吸一些危险的气体，而浑然不知。
就像是电影里的超级英雄，默默守护着我们。
半导体气敏传感器到底有哪些分类呢？咱们可以把它们分为几大类，首先就是氧化物半导体传感器。
这种传感器就像是敏锐的嗅觉，能够检测到空气中的多种气体，特别是那些我们不容易察觉的有害气体。
它们通常是用一些金属氧化物制成的，像是二氧化锡、氧化锌等等。
这些材料在接触到特定的气体时，会发生变化，发出信号，让我们及时得知空气的“健康状况”。
这就像是你身边的朋友，发现你情绪不对劲，马上提醒你要调整一下心态。
接下来是导电聚合物传感器，这个听起来可能有点高大上，实际上也是很接地气的。
这种传感器的工作原理和氧化物半导体有点类似，但它们的材料是聚合物，像塑料那样的东西。
聚合物的好处在于它们可以很容易地被加工成各种形状，而且可以适应不同的环境。
就好比你家的沙发，不管你坐得多舒服，总有一天需要换个新样式。
这些传感器能对一些有机气体特别敏感，比如我们日常生活中常见的香水、油漆的气味，真的很厉害。
再聊聊电化学传感器，听名字就有点神秘。
这种传感器一般用于检测一些特定的气体，比如一氧化碳、二氧化硫等，它们工作起来就像是一个化学小实验。
气体在传感器内部发生反应，产生电信号。
说白了，它就像是一个小小的化学实验室，在我们身边默默地工作。
这类传感器的精度高，非常适合用于一些需要严谨监测的场合，比如工业排放监控。
这就像一个细致入微的管家，随时提醒你要注意环境的变化。
还有一类，叫做热导传感器，这个名字听上去就很炫酷。
这类传感器通过测量气体的热导率来识别不同的气体。
气体的热导率就像是每个气体的“指纹”，不同的气体有不同的热导特性。
简述半导体气敏传感器的工作原理
简述半导体气敏传感器的工作原理半导体气敏传感器是一种能够检测气体浓度变化并转化为电信号输出的传感器，其工作原理主要基于气敏材料的电阻特性随着气体浓度的变化而发生改变。
本文将对半导体气敏传感器的工作原理进行详细阐述，以便更好地理解这一类型传感器的工作机制。
1. 气敏材料的选择半导体气敏传感器中最核心的部分就是气敏材料，它的选择直接影响着传感器的性能和灵敏度。
常用的气敏材料包括氧化锡（SnO2）、氧化锆（ZrO2）、氧化钛（TiO2）等。
这些材料具有高灵敏度、稳定性和良好的可制备性，能够有效地实现对多种气体的检测。
2. 气敏材料的电阻特性气敏材料在不同气体环境中的电阻值会发生变化，这是半导体气敏传感器工作原理的基础。
在空气中，气敏材料的电阻值较高；而当有害气体存在时，气敏材料的电阻值会下降。
这是因为气体与气敏材料表面发生化学反应，导致电子浓度发生变化，从而影响了材料的电阻特性。
3. 电阻变化与气体浓度关系半导体气敏传感器的工作原理可以通过气体在气敏材料表面吸附和解吸的过程来解释。
当目标气体存在时，气体分子会吸附在气敏材料表面，导致了材料表面的电子浓度变化，从而引起电阻值的变化。
电阻值的变化与气体浓度呈正相关关系，一般来说，气体浓度越高，电阻值变化越大。
4. 电路控制为了准确地检测气敏材料的电阻变化，半导体气敏传感器一般会配备特定的电路控制系统。
这些电路系统可以校准并转换气敏材料的电阻变化为电信号输出，便于进一步的数据处理和分析。
通过对输出信号的处理，可以得到准确的气体浓度信息。
5. 灵敏度与稳定性半导体气敏传感器的工作原理决定了其具有较高的灵敏度和稳定性。
灵敏度主要表现在对气体浓度变化的快速响应能力，而稳定性则保证了传感器的长期稳定工作。
这使得半导体气敏传感器在工业生产、环境监测等领域有着广泛的应用。
总结来看，半导体气敏传感器的工作原理主要基于气敏材料的电阻特性随着气体浓度变化而发生变化。
通过对气敏材料的电阻变化进行监测和处理，可以实现对气体浓度的准确检测和监测。
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析09电本120091004106 成绩：摘要：利用理论分析与参阅相关技术手册，了解电阻式半导体气敏传感器的结构，基本原理，推导气敏传感器的特性参数：电阻值，灵敏度，漂移等。
能够在充分研究理论知识之后，学会简单的应用，设计电路，利用温度补偿降低其对传感器稳定性的影响。
关键词：电阻半导体气敏传感器基本原理特性参数温度补偿The basic performance analysis of Resistance-typesemiconductor gas sensorAbstractAccording to the theoretical analysis, refer to the relevant technical manual to understand the structure of Resistance-type semiconductor gas sensor and it's basic principles. Derive the characteristic parameters of gas sensors,like sensitivity, linearity, drift, selection characteristics.Making full use of the theoretical knowledge , learn simple applications to design a circuit for using the temperature compensation to reduce its impact on the stability of the sensor.Keywords:Resistance-type semiconductorbasic principles characteristic parameters the temperature compensation引言气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。
气敏元件的气敏特性影响因素分析
气敏元件的气敏特性影响因素分析摘要：在确定金属氧化物半导体气敏元件的制备工艺参数时，要想达到最优化，必须考虑制备手段、方法、流程等工艺对材料的干扰因素。
通过对不同掺杂浓度、不同退火温度的样品气敏性能测试结果进行归纳，研究敏元件在不同气体的选择性与灵敏度、响应恢复时间，以及改变气体浓度、改变工作温度、改变工艺参数时对气敏性能影响等方面的探讨，确定出气敏性能的规律性变化。
关键词：气敏特性；气体浓度；退火温度；响应-恢复时间1 引言对于金属氧化物半导体气敏元件而言，其在大多数还原性气体的条件下，因其气体敏感机理的缘故，都会有灵敏的响应。
本文基于ZnO进行探讨，其在常温下的禁带宽度为3.4eV，激子结合能为60meV，电子迁移率大于100cm2/Vs，是一种常见的宽禁带、较大激子结合能、较高电子迁移率的N型金属氧化物半导体。
采用水热法制备不同Co掺杂量、不同退火温度的纳米ZnO材料过程中，在确定Co-ZnO 纳米材料的制备工艺参数时，要想达到最优化，必须考虑制备手段、方法、流程等工艺对材料的干扰因素。
通过对不同掺杂浓度、不同退火温度的样品气敏性能测试结果进行归纳，讨论样品对不同气体的选择性与灵敏度、响应恢复时间，以及改变气体浓度、改变工作温度、改变工艺参数对气敏性能的影响，从而确定出气敏性能的规律性变化。
2 选择性和响应-恢复时间选择性是衡量气敏元件性能优劣的重要因素。
根据气敏测试系统的原理，随着Vout值的变大，气敏元件的灵敏度也就越高，因此气敏元件的灵敏度可以用Vout进行间接的反映。
因此，不但气敏元件的响应恢复时间能用响应恢复特性曲线呈现出来，其在气体中的灵敏度也能通过响应恢复特性曲线呈现出来。
测量Co-ZnO基气敏元件选择性的过程中，在5wt.%浓度掺杂600℃退火温度的样品上，通入丙酮、甲苯、甲醛、乙醇、甲醇的饱和气体，处于4.5V工作电压下运行，用来检测不同气体条件下的样品气敏特性，结果如图1所示。
简述气敏元件的工作原理
简述气敏元件的工作原理
气敏元件的敏感材料主要分为两种：一种是金属氧化物敏感材料，如二氧化锡、氧化锌、氧化铝等；另一种是半导体敏感材料，如锗、硅等。
这些敏感材料的电阻值会随着气体浓度的变化而发生变化，因此可以通过测量电阻值的变化来检测气体浓度。
气敏元件的工作原理可以分为两种：一种是基于化学反应的工作原理，另一种是基于物理吸附的工作原理。
基于化学反应的气敏元件的工作原理是：敏感材料与气体发生化学反应，导致电阻值的变化。
例如，当二氧化锡敏感材料与一氧化碳气体发生反应时，会产生一种新的化合物，导致敏感材料的电阻值发生变化。
这种变化可以通过测量电阻值来检测气体浓度。
基于物理吸附的气敏元件的工作原理是：敏感材料表面会吸附气体分子，导致电阻值的变化。
例如，当氧化锌敏感材料表面吸附氧气分子时，会导致电阻值的降低。
这种变化可以通过测量电阻值来检测气体浓度。
气敏元件的电极是将敏感材料与电路连接的部分，它通常由金属材料制成，如银、铜等。
电极的作用是提供电流和测量电阻值。
气敏元件的封装是将气敏元件包裹在外壳中，以保护敏感材料和电路不受外界环境的影响。
封装通常使用塑料材料，如聚酰亚胺、聚苯乙烯等。
总的来说，气敏元件的工作原理是利用敏感材料在不同气体浓度下电阻值的变化来检测气体浓度。
它是一种重要的传感器，广泛应用
于工业、医疗、环保等领域。
半导体气敏传感器概述、机理、结构和应用
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1.气 敏 传 感 器
当氧化型气体吸附到N型半导体上，还原型 气体吸附到P型半导体上时，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。
N型半 导体
P型半 导体
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1.气 敏 传 感 器
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。
16
1.气 敏 传 感 器
图2(b)为薄膜型器件。
它采用蒸发或溅射工艺，
在石英基片上形成氧化物
ห้องสมุดไป่ตู้
半导体薄膜（其厚度约在
100nm 以 下 ） ， 制 作 方 法
简单。实验证明，SnO2半 导体薄膜的气敏特性最好，
但这种半导体薄膜为物理
性附着，因此器件间性能 图2 气敏半导体传感器的器件结构
差异较大。
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1.气 敏 传 感 器
酒精测试仪
呼气管
6
1.气 敏 传 感 器
（2）非电阻型型气敏传感器 主要有二极管、场效应晶体管（FET）和电容型
半导体气体传感器的工作原理
半导体气体传感器的工作原理半导体气体传感器是一种常见的气体检测设备，其工作原理基于半导体材料的电学性质，可以检测多种气体的存在和浓度。
下面详细介绍半导体气体传感器的工作原理。
1. 半导体材料的电学性质半导体材料是指在温度较低时，其电阻率介于金属和非金属之间的材料。
半导体材料中存在着自由电子和空穴，当外加电场时，自由电子和空穴会在材料中移动。
此外，半导体材料还具有P型和N型两种类型。
2. 气敏元件的构造半导体气体传感器通常由一个或多个气敏元件组成。
这些元件通常由P型或N型半导体材料制成，并用金属电极连接。
当气敏元件暴露在目标气体中时，其表面会发生化学反应，从而改变了半导体材料中自由电子和空穴的浓度分布。
3. 传感器的工作原理当目标气体进入传感器内部时，它与气敏元件表面发生反应，并改变了半导体材料中自由电子和空穴的浓度分布。
这种变化会导致气敏元件的电阻率发生变化，从而改变了传感器的输出信号。
通常，传感器会将输出信号转换为电压或电流信号，并根据这些信号来确定目标气体的存在和浓度。
4. 传感器的优缺点半导体气体传感器具有响应速度快、灵敏度高、成本低等优点。
此外，它们还可以检测多种气体，如一氧化碳、甲烷和乙醇等。
然而，它们也存在一些缺点，例如对温度和湿度变化敏感，并且在长时间使用后可能需要重新校准。
5. 应用领域半导体气体传感器广泛应用于工业、医疗、环保等领域。
例如，在工业领域中，它们可以用于检测有毒气体和可燃气体；在医疗领域中，它们可以用于呼吸监测；在环保领域中，它们可以用于检测大气污染物。
总之，半导体气体传感器是一种常见的气体检测设备，其工作原理基于半导体材料的电学性质。
通过改变气敏元件的电阻率来检测目标气体的存在和浓度。
它们具有响应速度快、灵敏度高、成本低等优点，并广泛应用于工业、医疗、环保等领域。
半导体气敏传感器的原理
半导体气敏传感器的原理简介气敏传感器是一种可检测环境中特定气体浓度的电子元器件。
半导体气敏传感器是其中一种常用的类型，它主要应用于环境监测、工业控制、安全保护等领域。
半导体气敏传感器的工作原理半导体气敏传感器的工作原理是通过半导体材料对待测气体的特异反应，进而对气体进行检测。
具体来说，它利用了半导体氧化物（如SnO2、ZnO等）的特性，这些氧化物在空气中具有一定的电阻率，而当与特定气体接触并经过一定的处理后，其电阻率将发生变化。
半导体氧化物材料对于不同气体的响应程度不同，这就决定了半导体气敏传感器的高选择性，各种气体的探测分辨率也各不相同。
以SnO2为例，它在空气中的电阻率通常在10兆欧左右，但当接触到NOx气体时，其电阻会发生数倍的变化。
因此，通过测量半导体气敏传感器的电阻变化可以获得待测气体的信息。
半导体气敏传感器的结构半导体气敏传感器的结构主要包括气敏材料、电极和支撑体等部分。
其中，气敏材料是传感器的核心部分，它常常是半导体氧化物陶瓷粉末，可以在高温气氛下烧结成形。
电极是连接气敏材料和外部电路的桥梁，它通常采用银、钯等导电性强的材料制成，并搭配相应的接线方式。
支撑体是传感器结构的承载体，通常由氧化铝或不锈钢等耐高温、耐腐蚀的材料制成。
半导体气敏传感器的应用半导体气敏传感器的应用领域广泛，主要包括以下几个方面：•室内空气质量检测：半导体气敏传感器可以检测室内环境中的有害气体浓度，如甲醛、苯等，从而保护人们的健康；•工业生产控制：半导体气敏传感器可以检测很多工业生产过程中的有害气体，如甲烷、二氧化碳等，对生产过程进行监测和控制；•恶劣环境探测：半导体气敏传感器可以在高温、高湿、强腐蚀等恶劣环境下进行监测，如在火药工厂、污水处理厂等。
总结半导体气敏传感器是一种可检测待测气体浓度的电子元器件。
其主要原理是通过半导体氧化物对特殊气体的响应，获得气体信息。
半导体气敏传感器具有高选择性、灵敏度高、响应速度快等特点，适用于环境监测、工业控制、安全保护等领域。
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍
常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍做迎：翼彳传感器由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。
敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
②化学类，基于化学反应的原理。
③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将传感器分46类）。
下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
一、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。
热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。
以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。
1、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。
纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。
它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。
当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。
因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3〜440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
气敏电阻的工作原理及其特性
气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻的工作原理及其特性一、气敏电阻的工作原理及其特性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。
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。
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。
当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。
可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。
这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。
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。
mq2烟雾传感器的工作原理
mq2烟雾传感器的工作原理
MQ2烟雾传感器是一种半导体气体敏感元件，用于检测环境
中的烟雾和一氧化碳气体。
其工作原理如下：
1. 电化学反应：MQ2传感器的气敏元件主要由两个电极组成，其中一个电极上涂有氧化物敏感层，可与特定气体发生化学反应。
当烟雾或一氧化碳气体进入传感器时，这些气体会被氧化物敏感层吸附，并与空气中的氧发生反应。
这个反应会导致传感器的电阻发生变化。
2. 电阻变化：当气体被吸附并与氧发生反应时，敏感层的电阻值会发生变化。
烟雾或一氧化碳气体的浓度越高，电阻变化就越大。
3. 电信号输出：传感器通过与一个调节电路连接，将电阻变化转换为电压信号输出。
当检测到烟雾或一氧化碳气体时，输出电压值会发生变化，从而可用于检测和报警。
需要注意的是，MQ2传感器仅能检测到烟雾和一氧化碳气体，而不能具体区分不同的气体类型。
所以在实际应用中，需要结合其他传感器或测量设备进行更准确的气体检测和分析。
简要介绍电阻型半导体气敏传感器的工作原理。
简要介绍电阻型半导体气敏传感器的工作原理。
电阻型半导体气敏传感器是一种常用的气体检测器件，可用于检测各种气体的浓度和存在。
该传感器主要由感受层、电极和封装外壳组成。
感受层通常由有机半导体材料制成，如聚合物或碳黑等，这些材料具有吸附气体的能力。
电极由金属导体制成，与感受层紧密接触，用于测量电阻值变化。
封装外壳则起到保护传感器内部结构的作用。
传感器的工作原理可以分为三个阶段：吸附阶段、导电阶段和恢复阶段。
在吸附阶段，传感器暴露在待测气体环境中，气体分子会被感受层表面的活性位点吸附。
吸附过程会导致感受层的电荷分布发生变化，从而改变了导电层的电阻。
吸附作用与气体浓度成正比，因此电阻值的变化可以用来表示气体的浓度。
在导电阶段，传感器的电阻值与待测气体的浓度成正比。
这是因为感受层与导电层之间的电荷传输和电子传导被气体分子的吸附行为所影响。
当感受层吸附更多气体分子时，气体分子与导电层之间的电子传导路径被阻碍，导致电阻值增加。
因此，电阻型半导体气敏传感器的检测灵敏度随着气体浓度的增加而增加。
在恢复阶段，传感器暴露在无待测气体的环境中，吸附在感受层上的气体分子逐渐脱附。
这个过程被称为恢复。
恢复时间取决于感受层和待测气体的性质，以及环境条件。
传感器需要一定的恢复时间才能回到初始基准阻值。
根据不同的气体特性和应用需求，电阻型半导体气敏传感器可以选择不同的感受层材料。
常见的有机半导体材料如氧化锡（SnO2）、氧化锆（ZrO2）和二氧化钛（TiO2）等，研究表明这些材料能够对多种气体产生响应。
此外，添加不同的添加剂和改变感受层的结构也可以使传感器对特定气体产生高选择性。
电阻型半导体气敏传感器在许多领域有广泛应用。
例如，它可以用于检测室内空气质量、工业过程控制、环境监测等。
最近，随着人们对环境污染和室内空气质量的关注不断增加，电阻型半导体气敏传感器的需求也越来越大。
在未来，该技术可能会继续发展，以提高传感器的灵敏度、选择性和稳定性，并应用于更广泛的领域。
气敏传感器的工作原理和应用简介
厚膜型
厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、 ZnO）与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的 厚膜胶。把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有 铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上,在 400~800℃的温度下烧结1~2小时便制成厚 膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致 性较好, 机械强度高, 适于批量生产。
小结
薄膜型
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。
用半导体气敏元件组成的气敏传 感器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、预报和自动控制, 气 敏元件是以化学物质的成分为检测参 数的化学敏感元件。
气敏电阻的工作原理
气敏电阻的材料是金属氧化物, 在合 成材料时, 通过化学计量比的偏离和杂质 缺陷制成, 金属氧化物半导体分N型半导体, 如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等,P 型半导体, 如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、 氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些 气体成分的选择性和灵敏度, 合成材料有 时还渗入了催化剂, 如铂（Pt）、银（Ag） 等。
图示
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9 - 2所示, 1和2是 加热电极, 3和4是气敏电阻的一对电极。
气敏传感器的应用
气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分 烧结型、薄膜型、厚膜型。
气敏传感器mq-3
MQ-3 酒精检测用半导体气敏元件MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。
当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。
使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。
这种传感器可检测多种浓度酒精气氛，是一款适合多种应用的低成本传感器。
MQ-3气体传感器特点* 对乙醇蒸汽有很高的灵敏度和良好的选择性* 快速的响应恢复特性* 长期的寿命和可靠的稳定性* 简单的驱动回路应用用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测；也用于其他场所乙醇蒸汽的检测。
测试电路气敏传感器的外观和相应的结构形式如图3所示，它由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层，测量电极和加热器构成，敏感元件固定在塑料或不绣钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。
封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
图3中①、②、③分别表示MQ-3乙醇传感器的引脚排布图、引脚功能图、使用接线图。
其中H-H表示加热极（如5V），A-A、B-B传感器表示敏感元件的2个极，图③中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热电压。
MQ-3传感器的外观和相应的结构形式本设计主要是通过电阻分压电路测量酒精气体浓度变化的，而LM3914也是根据输入电压的大小决定点亮LED的数量的，因此可以先调试传感器之后的电路时是否正常。
使用5V稳MQ3 酒精传感器是气敏传感器，其具有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。
MQ3 型气敏传感器由微型Al2O3、陶瓷管和SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或者不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。
传感器的标准回路有两部分组成：其一为加热回路；其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。
气敏元件类型
2 气敏元件类型气敏元件是指其特性参数会随外界气体浓度和种类的变化而随之发生明显变化的对气体敏感元件。
人类的感觉器官缺乏对各种各样气体的定性和定量的分析判断能力，所以可以感知监能判断气体种类和浓度的气敏元件和气体传感器就成为传感器家族中十分重要的一员，依据各种结构、各种类型、各种原理、适合不同场合的气敏元件和气体传感器。
2.1 半导体式气敏传感器所谓半导体式气体传感器，就是用半导体气敏元件和气体接触时，半导体的性能会因此而发生变化，从而检测出空气中某气体的浓度和其它成份的传感器。
半导体气体传感器，可分为两种，一种是电阻型半导体气体传感器，这一类半导体气体传感器大多采用SnO2、ZnO等氧化物材料来进行气敏元件制作，制作其工艺方法有厚膜型、薄膜型、烧结型；而另一种是非电阻型半导体气体传感器，非电阻型半导体气体传感器则有M0s—FET型、金属/半导体结型二极管型等等。
半导体气敏传感器一般的工作原理。
该种传感器，其敏感材料通常采用活性相对来说比较高的金属氧化物材料，比如SnO2，金属氧化物半导体，处于空气环境下温度升高到一定值时，氧原子将被带负电荷的半导体的表面所吸附，此时半导体表面的电子也会被转移到被吸附氧原子上，氧原子就会变成了氧负离子了，同时氧负离子会使得半导体的表面会有一个正的空间电荷层形成，半导体的表面势垒也会因此而升高，从而电子的流动受到了阻碍。
在敏感材料的内部，想要形成电流，那么自由电子必须要穿过金属氧化物半导体的晶界，由氧吸附产生的势垒同样存在晶界，从而使得电子的自由流动受到了阻碍，传感器的电阻的存在就是因为这种势垒。
传感器的阻值降低是因为：处于工作条件下的传感器遇到还原性气体时，氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应从而使得传感器的表面氧负离子的浓度下降，势垒也随之下降。
2.2 固体电解质式气敏传感器固体电解质就是能产生离子移动从而生成导电体的物质。
因为固体电解质以离子导电为主，所以也称为离子导电体，离子大多数仅在高温的条件下导电性才明显。
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5.表面电阻控制型气体敏感元件
5.2 SnO2气敏器件类型
沈 阳 工 业 大 学
(a) 烧结型气敏器件； (a) 烧结型SnO2气敏器件 直热式气敏器件:
(b) 薄膜型器件； (c) 厚膜型器件
直热式和旁热式
优点:工艺简单，成本低； 缺点: 热容量小，易受环境气流的影响；测量回路与加热回路互相影响。
MO晶体中的缺陷
4.金属氧化物的半导体化 沈 阳 工 业 大 学
Vo → Vo+ + e
− Vm → Vm + h
电离能E1
V o+ → Vo2+ + e
电离能E2
氧空位起施主作用
2 V m− → Vm − + h
电离能E3
电离能E4
金属空位起受主作用
4.金属氧化物的半导体化 金属氧化物的半导体化
Zn过剩的半导体，在催化剂的作用下， 过剩的半导体，在催化剂的作用下， 过剩的半导体 吸附氧阻值增加，接触还原性气体， 吸附氧阻值增加，接触还原性气体，电阻值 下降。 下降。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工 业 大
排气扇 空气调节器 试验箱 蒸发器 风 扇
5.10气体传感器的综合测试装置 气体传感器的综合测试装置
酒精检测 汽车尾气分析
一氧化碳传感器 可燃性气体传感器外形
2.气敏传感器的分类
表面控制型
沈 阳 工 业 大
固体电解质式
电阻型 容积控制型 半导体式 表面电位 气 敏 传 感 器 非电阻型 整流特性 阈值电压 浓差电极
学
合成电位
恒电位电解池
电化学式 氧电极 接触燃烧式 燃烧热
2.气敏传感器的分类 沈 阳 工 业 大 学
5.表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工
白色粉末，不溶于水，能溶于热强酸和碱。
5.1材料
主要有：SnO2和ZnO
SnO2的基本性质
业 大 学
SnO2晶体结构
属于四方晶系，具有金红石型结 构；经实验发现，多晶SnO2对多种气 体具有气敏特性；多孔型SnO2半导体 材料，其电导率随接触的气体种类变 化。
6.1 γ-Fe2O3气敏机理
为代表，与气体接触后，材料的晶体结构发生变化，使电阻变化。 以Fe2O3和TiO2为代表，与气体接触后，材料的晶体结构发生变化，使电阻变化。 γ-Fe2O3是N型半导体（尖晶石），在高温下吸附还原性气体后，其电阻率下降。 型半导体（ ），在高温下吸附还原性气体后 型半导体 尖晶石），在高温下吸附还原性气体后，其电阻率下降。
5.4 SnO2气体敏感元件特性参数
A元件电阻R0和Rs
例如：
2000ppm
工 业 大 学
B电阻比灵敏度K
Rs K= R0
基本测量电路
气体传感器初始过程和响应
5.表面电阻控制型气体敏感元件
C响应时间tr-响应速度: 从接触被测气体到电阻变化量的63%时所需时间。
沈 阳 工
F初期恢复时间 H初期稳定时间 长时间，不通电存放，恢复使用。 D恢复时间ts-脱附速度: 从脱离被测气体到电阻恢复到稳定变化量63%时所需时间。 E加热电阻RH和加热功率PH:气敏元件提供工作温度的加热器电阻和所需功率。
ZnO薄膜酒敏元件的结构 薄膜酒敏元件的结构
5.表面电阻控制型气体敏感元件 表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工
装加热器 涂催化剂 烧结 初测
5.8 ZnO气体敏感元件工艺 气体敏感元件工艺
焊有引线基筒
ZnO+添加剂 添加剂
混合膏剂
电极涂覆
烧结
业 大 学
老化
封装
测试
5.9 ZnO气体敏感元件气敏特性 气体敏感元件气敏特性
大
感材料制成厚膜膏浆。 感材料制成厚膜膏浆。
学
优点：一致性好，机械强度高， 优点：一致性好，机械强度高，适于批 量生产。 量生产。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工 业 大 学
对于O2
5.3 SnO2气敏原理（晶界势垒模型）
气敏部分由N型材料构成，电阻值取决于表面态密度和晶粒大小影响。
1/2O2+ne->Oad-
对于间隙原子
沈 阳 工 业 大 学
M i → M i+ + e → M i2 + + 2e
金属起施主作用
Oi → Oi− + h → Oi2− + 2h
氧起受主作用
对于反结构缺陷，共价键化合物中， 替代 替代M时 对于反结构缺陷，共价键化合物中，O替代 时，电离产生电子形成施主 能级。 能级。
+ 2 Om → Om + e → Om+ + 2e
对于反结构缺陷，共价键化合物中， 替代O时 对于反结构缺陷，共价键化合物中， M 替代 时，电离产生空穴形成受 主能级。 主能级。
M o → M o− + h → M o2 − + 2 h
4.金属氧化物的半导体化 金属氧化物的半导体化 沈 阳 工 业 大 学
当在金属氧化物形成V 电离时提供电子即形成施主能级，使材料成为N型 当在金属氧化物形成 o后，电离时提供电子即形成施主能级，使材料成为 型 2种方法控制电阻率 种方法控制电阻率 a.掺入不同化合价的杂质原子； 掺入不同化合价的杂质原子； 掺入不同化合价的杂质原子 b.控制氧化物化学剂量比偏离方向和程度。 控制氧化物化学剂量比偏离方向和程度。 控制氧化物化学剂量比偏离方向和程度 外来杂质F，如果是间隙，金属为施主，电负性大的为受主，如果是替位， 外来杂质 ，如果是间隙，金属为施主，电负性大的为受主，如果是替位，分2两 两 种情况： 种情况： （1）替代 ，化合价大于 ，有剩余电子被激发出去，形成施主能级，化合价 ）替代M，化合价大于M，有剩余电子被激发出去，形成施主能级， 小，形成受主能级。 形成受主能级。 （2）替代 时，化合价大，起受主作用，化合价小，起施主作用。 ）替代O时 化合价大，起受主作用，化合价小，起施主作用。 金属氧化物电学性质控制 控制金属氧化物导电类型和电阻率等电学性质就变成了控制晶体中杂质 和缺陷的种类和数量。 和缺陷的种类和数量。
沈 阳 工 业
气敏传感器
大 学
课程主要内容
沈 阳 工 业 大 学 1.气敏传感器应用示例 2.气敏传感器的分类 3.气敏传感器的主要参数及特性 4.金属氧化物的半导体化 5.表面电阻控制型气体敏感元件 6.体电阻控制型气体敏感元件 7.非电阻型气体敏感元件 8.基于MEMS技术的气体微传感器
1.气体传感器应用示例 沈 阳 工 业 大 学
6.体电阻控制型气敏元 体电阻控制型气敏元 件 沈 阳 工 业 大 学
γ-Fe2O3气敏元件结构
6.2 γ-Fe2O3气敏元件工艺
FeCl3
测试电路 工艺流程
6.体电阻控制型气敏元件 沈 阳 工 业 大 学
6.3 γ-Fe2O3气敏元件性能
6.体电阻控制型气敏元件 沈 阳 工 业 大
加热器 基片
引线
电极
引线
优点： 优点：灵敏度高、响应迅速、机械强度
mm 单位：
高、互换性好、产量高、成本低等。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工 业
丁基卡必醇醋酸脂组合成的有机体加上敏
(c)厚膜型 厚膜型SnO2气敏传感器 厚膜型 敏感材料是由SnO2、PdCl2、MgO、 敏感材料是由 、 等混合而成， ThO和SiO2等混合而成，将β-萜品醇和 和 萜品醇和
工
(d)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 稳定性： 稳定性
业 大 学
气敏元件输出特性保持不变的能力; (e)温度特性 气敏元件灵敏度随温度变化而变化的特性; 温度特性： 温度特性 (f)湿度特性 气敏元件灵敏度随环境湿度变化而变化的特性； 湿度特性： 湿度特性 (g)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 ; 电源电压特性： 电源电压特性 (h)时效性与互换性 反映元件气敏特性稳定程度的时间，就是时效性；同一型 时效性与互换性： 时效性与互换性 号元件之间气敏特性的一致性，反映了其互换性。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工 业 大 学
5.7 ZnO表面电阻控制型气体敏感元件 表面电阻控制型气体敏感元件
ZnO是应用最早的一种半导体气敏材料，物理化学性质稳定，禁带宽度 是应用最早的一种半导体气敏材料，物理化学性质稳定， 是应用最早的一种半导体气敏材料 熔点为1875℃，粉体承白色或淡黄色，工作温度为 为3.4eV ，熔点为 ℃ 粉体承白色或淡黄色，工作温度为400-450℃，比 ℃ SnO2气敏元件高，因此，发展没有SnO2快。 气敏元件高，因此，发展没有
5.6 SnO2气敏元件材料的添加剂
提高气敏元件灵敏度的添加剂 贵金属添加剂的作用实质上是一种催化作用，Pd、Pt。 贵金属添加剂的作用实质上是一种催化作用， 、 。 提高气体识别能力的添加剂（选择性） 提高气体识别能力的添加剂（选择性） 添加稀土金属可以改善元件对某些气体的识别能力。如添加二氧化钍 添加稀土金属可以改善元件对某些气体的识别能力。 可以提高气敏元件对CO的识别能力，添加二氧化铈可以改善元件对烟雾 的识别能力， 可以提高气敏元件对 的识别能力 的识别能力。 的识别能力。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳 工 业 大 学
符号
5.2 SnO2气敏器件类型 (a) 烧结型SnO2气敏器件 旁热式气敏器件: 把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内，在管外涂上金 电极，再在金电极外涂上气敏半导体材料。
优点：克服了直热式结构的缺点，器件的稳定性得到提高。
5.表面电阻控制型气体敏感元件 沈 阳
气体 空气 液体