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。
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
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汽车尾气分析
2021/3/18
16
有毒气体传感器的使用
2021/3/18
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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
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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。
2021/3/18
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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、湿敏电阻传感器的应用
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
➢ 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 。
a）结构 b）测量转换电路 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
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氧浓度传感器外形 （可用于汽车尾气测量）
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二、湿敏电阻传感器
（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
电子式湿度传感器是近几十年，特别是近20年才迅速发展起 来的。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发 生器来逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以达到2％ 一3％RH。
传感器与检测技术实训三气敏、湿敏传感器
第2章 电阻式传感器
好好休息
第2章 电阻式传感器 3、化学实验室有害气体鉴别
下图所示为有害气体鉴别器的电路。MQS2B是烟雾、 有害气体传感器，平时阻值较高（10kΩ左右）。当有 烟雾或有害气体进入时，阻值急剧下降。
第2章 电阻式传感器
MQS2B的A、B两端电压下降时，＋12V电压经 MQS2B的压降减少，使得B的电压升高，经电阻R1和 RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的⑤端。 当⑤端电压达到预定值时，①、②两端导通。
高分子式 光纤湿敏传感器 界限电流式湿敏传感器 二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等
湿敏传感器的分类
第2章 电阻式传感器
电阻式湿敏传感器
电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度 变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量 为电阻值。
根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感 器可分为： 电解质式(氯化锂） 陶瓷式 高分子式
第2章 电阻式传感器
这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使 附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速 气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应 速度，一般加热到200℃～400℃。
第2章 电阻式传感器
◎气敏元件的基本测量电路 半导体式气敏传感器
的基本测量电路主要包 括两部分：即气敏元件 的加热回路和测试回路。
第2章 电阻式传感器
气敏、湿敏电阻式传感器
☆气敏电阻传感器
利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化， 借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。
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。
气敏电阻的材料是金属氧化物
传感器(9 气敏、湿敏)
9.1.4应用举例 家用有毒气体探测报警器
一氧化碳、液化气，甲烷、丙烷都是有毒可燃气体，当空气 中达到一定浓度时．将危及人的健康与安全。此电路线路简单， 具有很高的灵敏度，对探测上述有毒气体是行之有效的。
1.传感器
2.探测报警电路如图所示。
用QM—N10气敏传感器作为探测头，它是一种新型的低功耗、 高灵敏度的气敏元件。
9.2.6应用实例
1.烹调设备湿度控制的应用实例
湿敏传感器安装在烹调设备 的排气口，根据湿度变化控制烹调 过程的进行。
2. 湿度测量系统方框图
作业：
一、课后习题1、2。 二、简述电容式湿敏传感器的工作原理。 三、气敏传感器中加热器的作用是什么？ 四、设计家用有毒气体报警器的报警电路。 五、判断题： 1、当氧化性气体吸附到N型半导体上，还原性气体吸附 到P型半导体时，将使载流子增加，电阻减小。 ２、具有负离子吸附倾向的气体有02和NOx，称为氧化 性气体。 ３、气敏传感器使用时通常需要4分钟左右的预热时间。 ４、氯化锂湿敏传感器一般选用交流电供电源。 六、湿敏传感器通常由————、———、————三部 分组成。 气敏传感器由————、———、————三部分组 成。
2.陶瓷湿敏传感器
金属氧化物陶瓷构成的湿敏传感器有离子型和电子型两种。 离子型陶瓷湿敏传感器：由绝缘材料制成的多微孔陶瓷元件 对水 分子具有物理吸附作用（毛细作用），因而在潮湿气氛中呈现出 H+离子，使元件的电导率增加。处于实用阶段的这类传感器分别 以：α-Fe2O3、K2CO3，ZnO、V2O5、Li2O为主要成分。 电子型陶瓷湿敏元件：利用分子在氧化物表面上的化学吸附导致元 件电导率改变进行湿度测量。图9.15是氧化锆—氧化镁合成陶瓷湿 度传感器。电热元件用于加热（300~700 ℃ ）和清洗污物。外壳保 证传感器在高温下使用的热稳定性。这类传感器已应用于食品加工、 空调和干燥器等设备中。
电阻的作用
电阻的作用压敏电阻、湿敏电阻、气敏电阻、力敏电阻的作用.比如：压敏电阻主要是根据电阻两端施加的电压不同而阻值呈非线性变化。
一般用来抑制突发电压从而保护其它工作电器湿敏电阻：湿敏电阻是一种阻值随环境相对湿度的变化而变化的元件。
主要用于制作湿度传感器（也就是测量环境的湿度）。
气敏电阻：气敏电阻接触被测气体时，产生的化学吸附引起半导体中多数载流子浓度的变化，使气敏电阻数值发生变化，从而感知被测气体。
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。
力敏电阻：是一种能将机械力转换为电信号的特殊元件，它是利用半导体材料的压力电阻效应制成的，即电阻值随外加力大小而改变。
力敏电阻器的应用：主要用于各种张力计、转矩计、加速度计、半导体传声器及各种压力传感器中力敏电阻力敏电阻是一种阻值随压力变化而变化的电阻，国外称为压电电阻器。
所谓压力电阻效应即半导体材料的电阻率随机械应力的变化而变化的效应。
可制成各种力矩计，半导体话筒，压力传感器等。
主要品种有硅力敏电阻器，硒碲合金力敏电阻器，相对而言，合金电阻器具有更高灵敏度。
通常电子秤中就有力敏电阻，常用的压力传感器有金属应变片和半导体力敏电阻。
力敏电阻一般以桥式连接，受力后就破坏了电桥的平衡，使之输出电信号。
气敏电阻1.利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成，主要成分是金属氧化物，主要品种有：金属氧化物气敏电阻、复合氧化物气敏电阻、陶瓷气敏电阻等。
2.有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报警，甚至启动脱排油烟机通风。
这种报警器内就是装置了一种气敏电阻。
这种半导体在表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，而使自身的电阻值改变。
它一般有四个电极，两个为加热电极，另两个为测量电极。
气敏电阻的工作原理及应用
气敏电阻的工作原理及应用1. 气敏电阻的工作原理•气敏电阻是一种利用气体敏感元件材料的电阻值随气体浓度变化的特性而实现气体浓度检测的装置。
其工作原理基于敏感元件材料与被测气体之间的化学反应。
•气敏电阻通常由金属氧化物材料制成，如锡氧化物（SnO2）、钛氧化物（TiO2）等。
当这些材料暴露在被测气体中时，气体分子与材料表面发生反应，导致材料的电阻值发生变化。
•气敏电阻通常是红外辐射电阻式气体传感器，它的敏感元件由细微的金属线制成，通过浸渍特殊的气敏材料制成。
这些敏感元件的电阻值会随着被测气体的浓度变化而变化。
2. 气敏电阻的应用2.1 空气质量检测•气敏电阻可用于检测室内空气中有害气体的浓度，如甲醛、二氧化碳等。
通过测量气敏电阻的电阻值，可以了解室内空气质量的健康状况，并及时采取相应的措施进行空气净化。
•气敏电阻在空调系统中也有应用，通过检测空气中二氧化碳的浓度，可以自动调节室内空气的新风供应，提高用户的舒适度。
2.2 燃气泄漏检测•气敏电阻也被广泛应用于燃气泄漏检测。
燃气泄漏会导致空气中浓度升高，气敏电阻能够快速检测到浓度的变化，并通过与报警器或系统连接，及时发出警报，避免燃气泄漏引发火灾或中毒事故。
2.3 汽车尾气检测•气敏电阻在汽车尾气监测领域也有应用。
通过安装在汽车尾气排放系统中的气敏电阻，可以实时监测尾气中的有害气体浓度，如一氧化碳、氮氧化物等。
通过监测尾气排放情况，可以及时发现车辆的尾气污染问题，保护环境，改善空气质量。
2.4 工业领域应用•在工业领域，气敏电阻也被广泛应用于气体检测仪器、燃气灶具、煤气管道和燃气储罐等设备中。
通过检测被测气体的浓度，可以确保设备和工作环境的安全。
3. 气敏电阻的优势和局限性3.1 优势•气敏电阻响应速度快，能够实时检测气体浓度变化。
•气敏电阻结构简单，制造成本相对较低。
•气敏电阻体积小，适用于各种场合的气体检测。
3.2 局限性•气敏电阻对环境条件比较敏感，如温度、湿度等，需要特殊的防护措施。
新型传感器原理及应用ppt课件
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
3.1.2 气敏传感器的功能及应用场合
气敏传感器的功能及应用场合1．甲烷传感器功能：一般采用载体催化元件为检测元件。
产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，送入单片机片内A/D转换输入口，将此模拟量信号转换为数字信号。
然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。
应用场合：甲烷传感器在煤矿安全检测系统中用于煤矿井巷、采掘工作面、采空区、回风巷区、机电峒室等处连续检测甲烷浓度，当甲烷浓度超限时，能自动发出声、光报警，可供煤矿井下作业人员，甲烷检测人员，井下管理人员等随身携带使用。
2．一氧化碳传感器功能：一氧化碳气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。
当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。
当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。
应用场合：一氧化碳传感器广泛使用在矿山，汽车，家庭等空气质量安全检测的地方。
3．氧气传感器功能：氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。
这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。
两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。
传感器内充满电解质溶液，使不同种离子得以在电极之间交换。
进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。
当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子。
这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。
两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。
12-湿敏传感器及其应用
第12章 湿敏传感器及其应用
利用金属硒蒸发膜或无定型硒蒸发膜都可以做湿敏 器件。一般来说,硒蒸发膜的湿敏器件的电阻值比锗蒸 发膜的湿敏器件电阻值低,被测湿度范围较大,但它也有 和锗膜湿敏器件同样的需要较长老化时间的缺点。
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第12章 湿敏传感器及其应用
图 为硒蒸发膜湿度传感器的结构,在绝缘瓷管表面 上镀一层铂膜,然后以细螺距将铂膜刻成宽约0.1cm的螺 旋状,以此作为两个电极。在两个电极之间蒸发上硒,A 为铂电极,B为硒蒸发膜层。图8.34为硒蒸发膜湿度传感 器的电阻-湿度特性。由于这种传感器不使用吸湿性盐 和固定剂,所以能够在高温下长期连续使用。
电阻温度系数（%/°C）
R2 R1 R1T
100
8
第12章 湿敏传感器及其应用
感湿温度系数（%RH/°C） H2 H1 T
式中,ΔT为一个温度(25°C)与另一规定环境温度之 差;H1为温度为25°C时湿度传感器的某一电阻值对应 的相对湿度值;H2为另一规定环境温度下,湿度传感器的 同一电阻值对应的另一相对湿度值。
第12章 湿敏传感器及其应用
第12章 湿敏传感器及其应用
12.1 湿敏传感器概述
一、湿度及其表示
湿度是指大气中的水蒸气含量.
在物理学和气象学中,对大气（空气）湿度的表征通常使用绝
对湿度、相对湿度和露（霜）点湿度。在一定温度和压力条
件下,单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量为绝对湿度:
PV
mV V
mV为待测混合气体中所含水蒸气的质量；V为待测混合 气体的总体积；PV为待测混合气体的绝对湿度，其单位 为g/m3
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第12章 湿敏传感器及其应用
相对湿度是指气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状 态的绝对湿度PS的百分比,即满足如下关系:
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湿敏电阻外形图
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湿敏电阻外形结构示意图
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应用: 降低温度会产 生结露现象。
测量露点的仪器
露点温度: 对气体等压制冷时，水蒸气冷凝从而形成露的温度
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露点传感器
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（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。
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。
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。
电子式湿度检测动画演示
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电子式湿度传感器使用事项:
1．水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害 如在热工设备里会引起受热局部不均
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2．湿度对电子元件的影响 物体表面会附着一层水膜，并渗入材料内部； 降低绝缘强度，造成漏电、击穿和短路现象； 加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。
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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
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用干湿球湿度计测量相对湿度的原理
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。
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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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酒精传感器的选择性
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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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MQN型气敏电阻结构及测量电路
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
a）结构
b）测量转换电路
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
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氧浓度传感器外形 （可用于汽车尾气测量）
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二、湿敏电阻传感器
湿度是在空气或其他气体中存在的水蒸气。水蒸气是水的气态 形式，同其他各种气体一样，是透明的。在我们周围的环境中 大约有1%的气体是水蒸气
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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。
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 和传感器及应用
2．二氧化钛氧浓度传感器（TiO2）
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，改变半导体的电阻率，使其阻值增 大。
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TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路
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火灾烟雾报警器电路
＃109为烧结型SnO 2气敏器件， 它对烟雾也很敏感， 因此用它做成的火灾烟雾 报警器可用于在火灾酿成之前或之初进行报警。 电路有双重报警装置， 当烟雾或 可燃性气体达到预定报警浓度时，气敏器件的电阻减小到使V3触发导通， 蜂鸣器 鸣响报警； 另外， 在火灾发生初期， 因环境温度异常升高， 将使热传感器动作， 使蜂鸣器鸣响报警。
广广东东机机电电职职业 业技技术术学学院院------------传传感感器器及及应应用用
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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一定温度下，在水的表面和冰的表面，蒸发现象始终 都是存在的。
相反，冷凝也是一样存在的。当蒸发和冷凝的速度达 到一致时，该体系就达到了动态平衡状态。空气或其他气 体都有吸收水蒸气的能力，这种能力主要受温度的影响。
总的来说，温度越高，吸收水蒸气的能力越强。在某 个温度下，气体中所能包含的水蒸气的量达到最多时，就 叫作“饱和”。
电子湿度计模块
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？
其电阻率变 化约有多少个数 量级？
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,
防止酒后驾车控制器原理
防止酒后驾车控制器原理电路如图10-16所示。 图中QM-J1为酒敏元件。 若司机 没喝酒， 在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件的阻值很高，Ua为高电平， U1为 低电平，U3为高电平， 继电器K2线圈失电，其常闭触点K2-2闭合，发光二极管 VD1通，发绿光， 能点火启动发动机。
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家庭用液化气报警器
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一氧化碳检测仪
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矿灯瓦斯报警器电路
瓦斯报警器的电路如图所示。 它可以直接放置在矿工的工作帽内， 以矿灯蓄电池为 电源（4 V），气体传感器为QM-N5型，R1为传感器加热线圈的限流电阻。为了避免 传感器在每次使用前都要预热十多分钟，并且避免在传感器预热期间会造成的误报 警， 所以传感器电路不接于矿灯开关回路内。 矿工每天下班后将矿灯蓄电池交给电 房充电，充电时传感器处于预热状态。当工人们下井前到充电房领取后可不再进行 预热。
湿度
绝对湿度：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：大气中实有水汽压与当时温 度下饱和水汽压的百分比