气敏传感器的应用电路
气敏传感器在自动抽油烟机中的应用
气敏传感器在自动抽油烟机中的应用摘要自动油烟排风扇的用途比较的广泛，其设计方法的应用更是五花八门，绝大多数的抽油烟机以及室内空气自洁电路是用自动油烟排风扇来实现的。
本次设计采用的是手动与自动可自由切换的电路设计，当电路处于自动状态时，检测电路一旦检测到油烟或煤气时，就能使排风机自动打开，并发出报警信号；油烟或煤气排干净时，即能自动关闭风机，停止报警。
关键词：排风扇、油烟、燃气、检测1.引言中国是一个讲究美食的国度，在食品加工中，煎、炒、烹、炸占有很大的比例，因此中式厨房中的油烟很大，容易使厨房环境变得油腻而不好清洗，况且烹饪中产生的油烟含有很多对人体有害的物质，如果人长期在充满油烟的房间内工作，可导致很多疾病的发生。
所以自动油烟排风扇就成了改变厨房环境的一个“有力武器”。
它不仅改变了厨房的大环境，减少油烟和残余燃气对厨房环境和人体健康造成伤害，可谓是厨房的“肺”。
而且具有换气功能、除尘功能、除臭功能、降低湿度、降低温度等功能。
2.解决方案通过对厨房气体的分析，得出主要存在的污染气体有两种，一是烧菜做饭过程中产生的油烟，特点是温度高，对电子鼻的污染严重。
二是泄漏的燃气，燃气温度低，对电子鼻污染小，但危险性极大。
根据烟气和燃气的特点，可采取相应的措施来改善电子鼻的工作状况，使其寿命延长。
即对温度高、污染大的烟气改用热敏电阻检测，而温度低但危险大的燃气仍用电子鼻检测。
这样，电子鼻所受的污染大大减小。
3.基本电路与工作原理3.1 基本电路3.2工作原理图中气敏传感器和Ｗ１组成燃气检测电路，电源变压器输出的交流５Ｖ电压给气敏传感器加热丝加热。
反相器Ｆ１、Ｗ２、热敏电阻Ｒｔ组成温度检测电路。
两路检测电路输出的高电位信号分别经隔离二极管Ｄ８、Ｄ９控制由Ｆ２、Ｆ３、Ｒ２、Ｔ２、Ｊ１组成的电机控制电路。
光敏电阻、Ｗ３、Ｆ４、Ｒ３、Ｔ３、Ｊ２等组成照明控制电路；ＩＣ１为音乐报警电路，由燃气检测电路控制。
功能开关Ｋ１置于“自动”位置，刚接通电源时，气敏传感器呈现的阻值较低，约数百欧姆，Ｆ２输入端呈高电平，输出低电平，Ｆ３输出高电平，Ｔ２导通，继电器Ｊ１吸合；电机运转。
气敏传感器及信号调理电路概要
3.2体电阻控制型传感器
• 体电阻控制型气敏元件，受到外界氧 分压强，或还原性气体的还原作用， 致使晶体中的结构缺陷发生变化，随 之体电阻发生变化。这种变化是可逆 的，当待测气体脱离后气敏元件又恢 复原状。
氧化铁系气敏元件 γ -Fe2O3气敏元件
• 当它与气体接触时，随着气体浓度的增加形 成Fe2+离子，而变成Fe3O4，使器件的体电 阻下降。当被测气体脱离后，它又被氧化， 即恢复原状态。
ρ —检测元件的电阻温度系数； Δ T—由于可燃性气体接触燃烧所引起的检测元件的温度增加值； Δ H—可燃性气体接触燃烧的发热量； C—检测元件的热容量； Q—可燃性气体的燃烧热；m—可燃性气体的浓度[％(Vol)]； α—由检测元件上涂覆的催化剂决定的常数。
RF1 RF R1 E E0 RF1 RF2 RF R1 R2
因为Δ RF很小，且RF1•R1=RF2•R2
R1 E E0 R1 R2 RF1 RF2
RF2 RF1
接触燃烧式气敏传感器
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， 电阻值相应增大。一般情况下，空气中可燃 性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性 气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体 的浓度有关。
--主要用于可燃性气体的检 测
MOS二极管气敏器件的C—U特性
•
其漏极电流ID有栅压控制，将栅 极和漏极短路，在源极和漏极之间加 电压，ID的计算式为ID=β（UG-UT）2， 始终UT为ID流过时最小临界电压值。 • 在测量中，UT会随空气中所含H2浓度 的增高而降低。
6.1气敏传感器基本原理及测量电路.pptx
其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁 作用）。
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8. 气体检测使用注意事项
2）温度补偿 半导体气敏电阻在气体中的电阻值与温度和湿度有关。当温度和湿度较低时，电
测量转换电路
据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了
测量误差。
汽车尾气分析
二氧化钛氧浓度传感器可 用于汽车或燃烧炉排放气 体中的氧浓度测量。
观察右图看说明非线性特性对 浓度超限报警是否有利？
气敏半导体的灵敏度特性曲线
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— 19 —
8. 气体检测使用注意事项
1）气敏电阻使用时一定要加热 一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供低电压加热。加热温度对气敏电
阻值较大；温度和湿度较高时，电阻值较小。因此，即使气体浓度相同，电阻值也会 不同，需要进行温度补偿。
如前所述，TiO2氧浓度传感器的测量转换电路中，与TiO2气敏电阻串联的热敏电 阻Rt 起温度补偿作用。
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8. 气体检测使用注意事项
• 温度补偿中实用的热敏电阻工作原理 • 半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。 • 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测
气敏传感器类型：
半导体气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器 电化学气敏传感器
2.气敏传感器外形
— 5—
半导体气敏传感器应用最多。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 利昂的检测、呼气中乙醇的检测、 人体口腔口臭的检测等等。
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气敏传感应用
PTC电阻 B R2
R3 BCR
气敏传感器 R1 BZ 蜂鸣器
R4
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。
B
R
~220V 氖管
气敏传感器 BZ 蜂鸣器
气敏传感器的应用
引言
燃气(人工煤气、天然气、液化石油气)的普及，提高了生 产效率、市民的生活质量，但在使用燃气的过程中，因燃气 泄漏、废气等原因造成的燃气爆炸、中毒等意外事故时有发 生，给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，因此安全 使用燃气一直是燃气主管部门工作的重中之重。燃气泄漏报 警器能有效监测环境中可燃气体或毒性气体(如CO)的浓度， 一旦其浓度超出报警限定值，就能发出声光报警信号，并且 能自动开启排风扇把燃气排出室外，甚至能通过联动装置自 动切断燃气供应防止燃气继续泄漏，起到安全防范的作用。 但报警器选用得是否合理，直接关系到其功能的充分发挥。 该设计所研究的可燃性气体报警器正是应这种要求而开发的。
图2 接触燃烧式气敏传感器结构与电路原理
接触燃烧式气敏传感器一般用于石油化工、造船厂、矿山及隧 道等场合，以检测石油类可燃烧性气体的存放情况和防止危险事 故发生。
优点：对气体选择性好，线性好，受温度、湿度影响小，响应快。 缺点：对低浓度的可燃性气体的气体敏感度低，敏感元件受到催 化剂的侵害后其特性锐减，金属丝易断。
1、气敏传感器的分类
接触燃烧式气敏元件 金属氧化物半导体气敏元件 电化学气敏传感器 2、半导体气敏元件的特性参数 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。
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
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有毒气体传感器的使用
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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
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。
气敏、湿敏电阻传感器的应用
酒精传感器的选择性
广东机电职业技术学院------传感器及应用 传感器及应用 广东机电职业技术学院
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 所示。 图中QM-J1为酒敏元件。 若司机 为酒敏元件。 防止酒后驾车控制器原理电路如图 所示 没喝酒， 在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件的阻值很高， 为高电平， 没喝酒， 在驾驶室内合上开关 ，此时气敏器件的阻值很高，Ua为高电平， U1为 低电平， 为高电平， 继电器K 线圈失电，其常闭触点K 闭合， 低电平，U3为高电平， 继电器 2线圈失电，其常闭触点 2-2闭合，发光二极管 VD1通，发绿光， 能点火启动发动机。 发绿光， 能点火启动发动机。
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传感器的阻值随温度、 （2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 ） 温湿度特性： 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效 措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度 措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度 补偿。 补偿。 初期恢复特性及初期稳定特性： （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 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。 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 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 min之内 之内。 恢复时间一般约在2～5 min之内。
《传感器与传感电路技术》电子教案 课件任务3.1 气敏传感器应用案例
电路。
2. 图 示 空 气 质 量 监 测 电 路 ， 电 阻 器 1 的 功 能
是
。
3.图示空气质量监测电路当被测气体浓度增大时，
电压比较器A的同相输入端电位变
，当其
反相输入端的电位时，电压比较器A输出
发光二极管LED
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
。
于
电平，
任务3.1 气敏传感器应用案例分析
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
任务3.1 气敏传感器应用案例分析
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
酒精测试仪
怎么工作？
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
融会贯通
任务3.1 气敏传感器应用案例分析
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
融会贯通
MQ-3型气敏传感器
• A-A与B-B间的敏感元件具有负浓度系数，当
任务3.1 气敏传感器应用案例分析
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
融会贯通
1. 酒精测试仪的电路结构
检测电路
MQ-3气体传感器，其A-B间的气敏电阻与电阻器
R1、电位器Rp串联分压，将气敏电阻的阻值转换
成电压信号，由其B脚输出。
信号处理电路
LM3914集成电平芯片，引脚5接收MQ-3的电压
信号，转换成驱动相应LED的电平信号。
执行电路
10只共阳极接法的LED构成了执行电路。
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
任务3.1 气敏传感器应用案例分析
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
融会贯通
气敏传感器的应用
氧气浓度测量传感器
可用于测汽车尾气
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 1－外壳（接地）2－安装螺栓 3－搭铁线 6－陶瓷片 7－TiO2氧敏电阻 8－进气口 4－保护管 5—补偿电阻 9－引脚
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—加热感器
二氧化碳传感器
一 氧 化 碳 传 感 器
甲 烷 传 感 器
NH3传感器
甲醛传感器
有毒气体传感器
气敏传感器的应用
气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
MQN型气敏电阻结构及测量电路
适用范围：可燃 性气体和可燃性 液体蒸汽（天然 气、液化石油气、 煤气、一氧化碳、 烷烃、烯烃、醇 类、汽油、煤气） 及烟雾。
功能：可用于可 燃性气体的检测、 检漏
MQN型气敏半导体器件是由塑料底座、电极引线、不 锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝 组成。一组铂丝为工作电极，另一组（下图中的左边铂 丝）为加热电极兼工作电极。 气敏电阻工作时必须加热到200300℃，其目的是 加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻 表面的污物（起清洁作用）。
半导体气敏传感器的机理
{
半导体
P型 P型 N型 N型
氧化性气体 （电子获得型）
还原性气体 （电子给予型）
N型半导体
{
P型半导体
氧化性气体 还原性气体 氧化性气体 还原性气体
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。
电化学气敏传感器的原理及其应用
考电极为 R, 电池 E 提供基准电 压 , R 确定参 考电极 电压 , 同时 由外部电压保 持电路也确定了工作电 极 ( W) 与对电 极 ( C) 相对 于 R 之间的电压。当传感器 检测到毒气后 , 毒气在阴阳 电极间 通过内部电解池发生氧化还 原的化 学反应 , 在 阴极 ( W) 发 生还 原反应 , 失去电子 ; 在 阳极 ( C) 发生 氧化 反应 , 得到 电子 , 因 此 , W- C 间电位随即 发生了 变化 , C 端 电位上 升 , W 端电 位下 降。 运算放大器 A1 构成了 R 和 C 端的 负反馈 电路 , 调 整参考 极 R 的电 位 , 直 到 R- C 端电位 差保持 到原状 态恒定 电位即可。 W 极电化反应 产生 的电 流 , 经 过 R 2 负 反 馈调 节 , 即 可从 输出 端 Uo 得到毒性气体浓度与电解电 流的线 性比率 曲线。气敏 传感 器的灵敏度与温度有着 很大的关系 , 无论是同 类敏感材料 的不 同掺杂 , 还是对于不 同的 气体敏 感的 不同 敏感材 料 , 其阻 抗都
这类传感器体积小巧敏感度高适用于医学或者军事防毒领域20氯气传感器的底视图它是一种恒电位电解式传感器nh31000氨气传感器也和此图类似毒性传感器的功能特性主要有测量范围最大负荷工作寿命输出信号分辨率温度范围压力范围压力系数t80应时间相对湿度范围典型曲线范围洁净空气最大零点漂长时间输出漂移偏置电压线性度输出等由于温度和湿度对不同传感器影响程度不同在不同的工作环境下还要考虑到传感器的适应度温度灵敏度曲线就能反映传感器在不同温度环境下的敏感程度如图次漂移这种灵敏度是在20用一个百分比信号表达所示可看出h21000氨气传感器交叉体积分数气体体积分数10灵敏度10气体体积分数10灵敏度10co2008015h2200no220so220ethylene200h2s2030防毒面具设计原理防毒面具用在毒性气体浓度大于人体所能承受的安全毒气浓度环境中它通过气敏传感器检测毒气使毒气通过滤块吸收有毒气体后成为洁净空气通过吸气活门进入面罩内该防毒面具用在医学人员救助演习的碱性或者酸性气体的检测环境中故选用了cl220氯气传感器和nh31000氨气传感器
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。
气敏传感器的电路设计
2
酒精传感 器工作原理
本实验采用的是适用于测试酒精浓度的系列气 敏元件，其基本结构如图 1 所示。 气敏元件由微型三氧化二铝，陶瓷管，二氧化 锡敏感层，测量电极和加热器构成，敏感元件固定
车” 及“醉酒驾车” 极易发生道路交通事故，严 在不锈钢网制成的腔体内。气敏元件 A .A .B .B 并 重危害了道路交通安全和人民生命财产安全。人饮 � 联成 A B 两端用于测试，另外两个管脚 为加热电 酒后，酒精通过消化系统被人体吸收，经过血液循 源接线。
SUN Q （T
U
， YA N Z T
， LI U M 300072 ）
� � � � � � � � � � � � � � � � � � ： � � � T � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � .T ， � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � .T . ： ； ； 环，约有 90% 的酒精通过肺部呼气排出， 通过测量 呼气中的酒精含量，就可判断其醉酒程度。因此如 何使交管人员对每个司机的体内酒精含量有一个量 化的测量值，以便确定司机是否酒后驾车在交通事 故处理中有重要的意义。酒精气敏传感器恰好能检 测出呼气中的酒精含量，通过放大电路放大处理， 可得到与酒精气体浓度成线性关系的电压信号，通 过转换电路可直接输出酒精浓度值。
把阻值变化变成电压变化，具体应用时，将输出信 � � � � � � � � 放大电路的输出 = （ 1 + 5 3 ） 6（ 4 + � 3 号 （ 电压） 经过转换，显示相应的气体浓度。 � � � � ），通常取 = 、 = ，所以
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。
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气敏传感器的应用电路
气敏传感器应用电路
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
由于气敏传感器元件自身的特性(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:。