气敏、湿敏电阻传感器的应用ppt课件
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工作任务5-3湿敏电阻传感器电子课件中职传感器技术及应用(高教版)(共29张PPT)
安装电路注意事项
（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装； （5）要选择合适的电源电压，不能随意变动 电源的电压，否则电路不能正常工作；
（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备， 不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。
电路组成和功能作用 由三端稳压集成电路IC1 LM2931AT组成一
稳压电路，由湿度传感器HPR1 IH-3605、三极 管VT1 8050及外围元器件组成检测电路，由集 成电路IC2 NE555及外围元器件组成了振荡电路， 由场效应管VT2 IRF513、升压变压器T2及放电 器组成放电电路，T1为电源变压器，VD1～VD4 和IC1组成电源电路，为电路提供稳定的＋6V电 源电压。该电路在一些缺小负离子室内，只要接
2.湿度传感器构成的负离子发生电路
由湿度传感器构成的负离子发生电路，在正常 的湿度的情况下机器产生负离子，清新空气，该电 路适用于办公室、家庭、微机室等场合。电路图如 下图。
湿度传感器构成的负离子发生电路线路板如下图。
1
1 2
2
1
1
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1
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4
4
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0 2
1
3
湿敏电阻符号与标称
湿敏电阻传感器简称湿敏电阻，是一种对环 境湿度敏感的元件，它的电阻值会随着环境的相 对湿度变化而变化的。湿敏电阻在电路上的文字 符号用字母RS表示，在电路中的符号和实物如图 所示。
湿敏电阻的电路符号
湿敏传感器实物图
湿敏电阻传感器结构与原理
湿敏电阻是利用某些介质对湿度比较敏感的 特性制成的。它主要由感湿层、电极和具有一定 机械强度的绝缘基片组成的。它的感湿特性随着 使用的材料不同而有差别，有的湿敏电阻还具有 防尘外壳。湿敏电阻结构如图所示。
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。
《气敏传感器》课件
相对误差
指传感器测量值与真 实值之间的差距，较 小的相对误差表示传 感器的测量精度较高。
工作温度范围
指传感器能够正常工 作的温度范围，对应 不同应用场景需要选 择适合的工作温度范 围。
响应时间
指传感器从检测到气 体变化到输出检测结 果所需的时间，较短 的响应时间意味着传 感器更加敏捷。
气敏传感器的应用
• 空气质量监测 • 工业制程控制 • 安全监测 • 智能家居
气敏传感器的发展趋势
1 微型化
2 智能化
ห้องสมุดไป่ตู้
随着技术的进步，气敏传感器正在朝着更小、 更集成的趋势发展，以适应日益复杂的应用 场景。
借助人工智能和物联网技术，气敏传感器正 在实现智能化，能够自动分析和判断气体状 况，并提供准确的监测结果。
3 多功能化
《气敏传感器》PPT课件
本课件介绍气敏传感器的原理、分类、制备方法、性能指标、应用和未来发 展趋势，帮助你深入了解这一重要领域。
什么是气敏传感器
气敏传感器是一种可以感知气体成分、浓度或相应的物理性质的装置。通过 检测气体的变化，它可以帮助我们了解环境中的气体状况。
气敏传感器的分类
基于传感材料分类
1 薄膜制备法
通过沉积敏感材料在基底上，形成薄膜结构的制备方法。
2 溶胶凝胶法
将溶胶中的成分凝胶化，制备敏感材料的方法。
3 高压方法
利用高压技术将材料转变为具有特殊结构和性质的制备方法。
气敏传感器的性能指标
灵敏度
指传感器对气体的响 应程度，越高说明相 同浓度的气体变化能 够被传感器更好地捕 捉到。
根据传感器所使用的敏感材 料的不同，可以将气敏传感 器分为多种类型，如金属氧 化物传感器、半导体传感器 等。
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。
检测与转换技术课件：第4章 3A气敏与湿度传感器
当油烟浓度下降到CD时,排气扇断电停止工 作。
RP2调节油烟达到什么浓度，排气扇才开 始工作。
酒精测试仪原理
4.1.5 湿敏电阻
H mv
绝对湿度，单位体积内所含水蒸汽的质量。
V
相对湿度，表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和 绝对湿度的比值，得数是一个百分比。常用计算方法是： 实际的空气水气压强（用p1 表示）和同温度下饱和水 气压强（用p2表示）的百分比，即RH（%）= p1/ p2 x 100%
加热回路，电源可由直流或交流供电， 测量回路，电桥把电阻变化变换为电流或电压输出。 RP2，RP3电桥零点调节，RP1表头灵敏度调节。
P247
555时基电路
瓦
斯
报
/RST VCC TH
警
Vo /TR
电
GND
路
原
理
时基电路555和外围元件组成多谐振荡器。当无瓦斯气体时，气敏 元件QM-N5的A、B之间的电阻很大，电位器RP滑动触点的电压小 于0.7V，555集成电路的4脚被强行复位，振荡器停振，报警器不 响。当瓦斯浓度较大时，A、B间电阻减小，555的4脚变为高电平， 振荡器起振，扬声器发出报警声。
输入插口插入的是负特性的湿敏电阻； 当湿度降低，--Rx上升，---流过电流表电流减少。
适合用于允许流经 较大电流、以电子 导电为主的烧结型 湿敏元件，电源频 率：50Hz
土壤湿度传感器
应用于自动浇水灌溉的装置。 下图，输出电压大小反映土壤湿度变化。
数字温湿度传感器DHT11，单数据线输出。
在还原性气体中，如氢气、C0、酒精等，气体分子向气敏元件 释放电子，使气敏元件电阻变小，
对乙醚、乙醇、氢气、正己烷有高灵敏度。 工作前预热2---10分钟。
RP2调节油烟达到什么浓度，排气扇才开 始工作。
酒精测试仪原理
4.1.5 湿敏电阻
H mv
绝对湿度，单位体积内所含水蒸汽的质量。
V
相对湿度，表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和 绝对湿度的比值，得数是一个百分比。常用计算方法是： 实际的空气水气压强（用p1 表示）和同温度下饱和水 气压强（用p2表示）的百分比，即RH（%）= p1/ p2 x 100%
加热回路，电源可由直流或交流供电， 测量回路，电桥把电阻变化变换为电流或电压输出。 RP2，RP3电桥零点调节，RP1表头灵敏度调节。
P247
555时基电路
瓦
斯
报
/RST VCC TH
警
Vo /TR
电
GND
路
原
理
时基电路555和外围元件组成多谐振荡器。当无瓦斯气体时，气敏 元件QM-N5的A、B之间的电阻很大，电位器RP滑动触点的电压小 于0.7V，555集成电路的4脚被强行复位，振荡器停振，报警器不 响。当瓦斯浓度较大时，A、B间电阻减小，555的4脚变为高电平， 振荡器起振，扬声器发出报警声。
输入插口插入的是负特性的湿敏电阻； 当湿度降低，--Rx上升，---流过电流表电流减少。
适合用于允许流经 较大电流、以电子 导电为主的烧结型 湿敏元件，电源频 率：50Hz
土壤湿度传感器
应用于自动浇水灌溉的装置。 下图，输出电压大小反映土壤湿度变化。
数字温湿度传感器DHT11，单数据线输出。
在还原性气体中，如氢气、C0、酒精等，气体分子向气敏元件 释放电子，使气敏元件电阻变小，
对乙醚、乙醇、氢气、正己烷有高灵敏度。 工作前预热2---10分钟。
气敏传感器公开课ppt知识讲稿
气敏传感器公开课ppt知 识讲稿
• 气敏传感器概述 • 气敏传感器的技术原理 • 气敏传感器的应用实例 • 气敏传感器的发展趋势与挑战 • 结论
01
气敏传感器概述
定义与工作原理
定义
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，它能将气体种类和浓度信息转换成 电信号，以便进一步处理和控制。
工作原理
气敏传感器的工作原理主要是基于不同气体对传感器材料的吸附、反应或化学 变化，从而改变传感器的电阻、电容、电感等参数，最终输出电信号。
01
02
03
原理
利用敏感材料吸附气体分 子后，其电阻值发生变化， 通过测量电阻值来检测气 体浓度。
敏感材料
金属氧化物、导电聚合物 等。
应用场景
广泛应用于可燃气体、有 毒气体、酒精等检测。
非电阻型气敏传感器
原理
利用敏感材料吸附气体分子后，其电 导率、电容、频率等参数发生变化， 通过测量这些参数来检测气体浓度。
敏感材料
应用场景
广泛应用于二氧化碳、湿度、氧气等 检测。
半导体金属氧化物、高分子材料等。
气敏传感器的性能参数
灵敏度
指传感器输出变化量与 输入变化量之比，越高
越好。
响应时间
稳定性
选择性
指传感器输出变化达到 稳定值所需的时间，越
短越好。
指传感器在长时间内保 持性能参数不变的能力，
越强越好。
指传感器对不同气体的 敏感程度，越高越好。
隐患。
工作原理
气敏传感器通过敏感材料吸附烟雾 颗粒，并检测其电阻变化来探测烟 雾。
应用场景
家庭、办公室、工厂、仓库等场所 的火灾预警系统。
天然气泄漏检测
天然气泄漏检测
• 气敏传感器概述 • 气敏传感器的技术原理 • 气敏传感器的应用实例 • 气敏传感器的发展趋势与挑战 • 结论
01
气敏传感器概述
定义与工作原理
定义
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，它能将气体种类和浓度信息转换成 电信号，以便进一步处理和控制。
工作原理
气敏传感器的工作原理主要是基于不同气体对传感器材料的吸附、反应或化学 变化，从而改变传感器的电阻、电容、电感等参数，最终输出电信号。
01
02
03
原理
利用敏感材料吸附气体分 子后，其电阻值发生变化， 通过测量电阻值来检测气 体浓度。
敏感材料
金属氧化物、导电聚合物 等。
应用场景
广泛应用于可燃气体、有 毒气体、酒精等检测。
非电阻型气敏传感器
原理
利用敏感材料吸附气体分子后，其电 导率、电容、频率等参数发生变化， 通过测量这些参数来检测气体浓度。
敏感材料
应用场景
广泛应用于二氧化碳、湿度、氧气等 检测。
半导体金属氧化物、高分子材料等。
气敏传感器的性能参数
灵敏度
指传感器输出变化量与 输入变化量之比，越高
越好。
响应时间
稳定性
选择性
指传感器输出变化达到 稳定值所需的时间，越
短越好。
指传感器在长时间内保 持性能参数不变的能力，
越强越好。
指传感器对不同气体的 敏感程度，越高越好。
隐患。
工作原理
气敏传感器通过敏感材料吸附烟雾 颗粒，并检测其电阻变化来探测烟 雾。
应用场景
家庭、办公室、工厂、仓库等场所 的火灾预警系统。
天然气泄漏检测
天然气泄漏检测
气敏、湿敏电阻传感器的应用PPT课件
4
广东机电职业技术学院------传感器及应用
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 ↓
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。
9
广东机电职业技术学院------传感器及应用
（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
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。
8
广东机电职业技术学院------传感器及应用
（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。
11
广东机电职业技术学院------传感器及应用
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。
广东机电职业技术学院------传感器及应用
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 ↓
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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广东机电职业技术学院------传感器及应用
（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
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。
8
广东机电职业技术学院------传感器及应用
（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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广东机电职业技术学院------传感器及应用
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、湿敏电阻传感器的应用共45页
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
26须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
气敏、湿敏电阻传感器的应 用
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
45
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
26须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
气敏、湿敏电阻传感器的应 用
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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《气湿敏传感器》课件
03
CATALOGUE
气湿敏传感器的发展趋势
提高灵敏度和精度
优化材料结构
通过改进材料结构，提高气湿敏传感器的灵敏度和响应速度。
表面修饰与功能化
采用表面修饰和功能化技术，提高气湿敏传感器的选择性，降低交 叉敏感性。
微纳技术与纳米材料
利用微纳加工技术和纳米材料，减小气湿敏传感器的尺寸，提高其 精度和稳定性。
农业领域的应用
在农业生产中，气湿敏传感器可 用于监测和控制温室内的气体和 湿度，以提高农作物的生长和产
量。
通过监测温室内的气体成分和湿 度，可以及时调整环境条件，满 足不同植物生长的需求，提高农
作物的品质和产量。
此外，气湿敏传感器还可以用于 农田环境的监测，例如检测土壤 中的气体和湿度，以指导农民合
加强基础研究与技术突破
总结词
基础研究和技术突破是推动气湿敏传感器发展的重要驱动力。
详细描述
加强基础研究，深入了解气湿敏传感器的原理和机制，探索新的材料、工艺和设 计方法。同时，鼓励技术突破，推动传感器技术的创新和进步，为气湿敏传感器 的发展注入新的活力。
拓展应用领域和范围
总结词ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
拓展应用领域和范围是气湿敏传感器发展的必然趋势。
理施肥和灌溉。
医疗领域的应用
在医疗领域，气湿敏传感器可用 于监测患者的呼吸和环境中的气 体成分，以协助医生诊断和治疗
。
对于某些疾病，如哮喘、慢性阻 塞性肺病等，气湿敏传感器可以 用于监测患者的呼吸状况，及时 发现异常情况并采取相应措施。
在手术室和重症监护室等医疗环 境中，气湿敏传感器可以用于监 测空气中的气体成分和湿度，以
详细描述
为了提高气湿敏传感器的稳定性与可靠性，可以采用先进的 材料和制造工艺，优化传感器结构，提高其长期稳定性和重 复性。此外，加强质量检测和控制也是必要的措施。
气敏湿敏传感器PPT学习教案
值
RC1
RC2
RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值：
RＣ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1＞C2。
（c）输出电压比灵敏度KV
KV
Va Vg
Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；
Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出
第9页/共34页
第15页/共34页
在二氧化锆中添加氧化钙、三 氧化二钇等添加物后,其离子电 导都将发生改变。尤其是在氧 化 钙 添 加 量 为 15 ％ mol 左 右 时 , 离子电导出现极大值。但是， 由于二氧化锆一氧化钙固溶体 的离子活性较低，要在高温下 ，气敏元件才有足够的灵敏度 。添加三氧化二钇的ZrO2－Y2O3 固溶体，离子活性较高，在较 低的温度下，其离子电导都较 大，如图。因此，通常都用这 种材料制作固定电解质氧敏元 件。添加Y2O3的ZrO2固体电解 质材料，称为YSZ材料。
1 添加8%molYb2O3 ；2 ZrO0.92 SC2O30.04 Yb2O30.04 3 ZrO2 ；4 添加10%molY2O3 ；5 添加13%molCaO 6 添加15%molY2O3 ；7 添加10%molCeO
第17页/共34页
四、气体传感器应用
9 6
3 10
7
11
实
＋ 5V
用
2
R3
气敏湿敏传感器
会计学
1
第一节 气敏传感器
接触燃烧式气敏元件 金属氧化物半导体气敏元件 氧化锆气敏元件
工作原理、主要类型及应用
第1页/共34页
一、接触燃烧式气体传感器
1、检测原理
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。空气中可燃性气体浓度愈大，氧 化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化( 增高)愈大，其电阻值增加的就越多。因此，只要测定作为敏感 件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓 度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所 以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触 媒。这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特
新型传感器原理及应用ppt课件
半导瓷材料的表面电阻下降。由此可见，不论是N型还是P型 半导瓷，其电阻率都随湿度的增加而下降。
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
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
气敏和湿敏传感器课件
02
当湿度变化时，传感器材料的介 电常数会发生变化，从而改变传 感器的电容值。
电阻式湿敏传感器的工作原理
原理：电阻式湿敏传感器通过测量电 阻值的变化来测量湿度。
当湿度变化时，传感器材料的电阻值 会发生变化，从而改变传感器的电阻 值。
湿敏传感器的应用场景
工业控制
在工业生产过程中，需要对环 境湿度进行精确控制，以确保
交叉学科合作
通过与其他学科如物理学、化学、生物学等进行合作研究，可以引入新的思想和理论，推动气敏和湿敏传感器技术的 创新发展。
应用场景拓展
针对不同应用场景开发定制化的气敏和湿敏传感器，以满足多样化的市场需求。例如，针对环保、医疗 、农业等领域的特殊需求，开发具有高精度、高稳定性的专用传感器。
06
气敏和湿敏传感器案例分析
THANKS
感谢观看
工作原理
半导体型气敏传感器利用气体在半导体材料表面的吸附作用，引起半导体材料 电学性质的变化，从而输出电信号。
半导体材料
常见的半导体材料有SnO2、ZnO、TiO2等。
气敏传感器的应用场景
01
02
03
04
空气质量监测
用于监测室内外空气中的有害 气体，如CO、NOx、SO2等
。
环保监测
用于监测工业废气、汽车尾气 等有害气体排放。
法规限制
在一些应用领域，如环保监测、食品安全等，对气敏和湿敏传感器的精度和可靠性有很高 的要求。然而，由于技术限制和法规限制，一些高精度、高可靠性的传感器难以大规模生 产。
未来研究方向建议
新材料探索
为了提高气敏和湿敏传感器的性能，可以进一步探索新的敏感材料和制造工艺。例如，新型的纳米材料和生物材料有 可能为传感器技术带来突破性的进展。
当湿度变化时，传感器材料的介 电常数会发生变化，从而改变传 感器的电容值。
电阻式湿敏传感器的工作原理
原理：电阻式湿敏传感器通过测量电 阻值的变化来测量湿度。
当湿度变化时，传感器材料的电阻值 会发生变化，从而改变传感器的电阻 值。
湿敏传感器的应用场景
工业控制
在工业生产过程中，需要对环 境湿度进行精确控制，以确保
交叉学科合作
通过与其他学科如物理学、化学、生物学等进行合作研究，可以引入新的思想和理论，推动气敏和湿敏传感器技术的 创新发展。
应用场景拓展
针对不同应用场景开发定制化的气敏和湿敏传感器，以满足多样化的市场需求。例如，针对环保、医疗 、农业等领域的特殊需求，开发具有高精度、高稳定性的专用传感器。
06
气敏和湿敏传感器案例分析
THANKS
感谢观看
工作原理
半导体型气敏传感器利用气体在半导体材料表面的吸附作用，引起半导体材料 电学性质的变化，从而输出电信号。
半导体材料
常见的半导体材料有SnO2、ZnO、TiO2等。
气敏传感器的应用场景
01
02
03
04
空气质量监测
用于监测室内外空气中的有害 气体，如CO、NOx、SO2等
。
环保监测
用于监测工业废气、汽车尾气 等有害气体排放。
法规限制
在一些应用领域，如环保监测、食品安全等，对气敏和湿敏传感器的精度和可靠性有很高 的要求。然而，由于技术限制和法规限制，一些高精度、高可靠性的传感器难以大规模生 产。
未来研究方向建议
新材料探索
为了提高气敏和湿敏传感器的性能，可以进一步探索新的敏感材料和制造工艺。例如，新型的纳米材料和生物材料有 可能为传感器技术带来突破性的进展。
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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
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
.
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酒 精 传 感 器
NH3 传 感 器
甲烷传感器
.
广东机电职业技术学院------传感器及应用
其他还原性气体传感器
.
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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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气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
.Байду номын сангаас
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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。
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 。
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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 ↓
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。
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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（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。
➢ 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。
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。
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
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,
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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（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
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
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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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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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气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
.Байду номын сангаас
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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。
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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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 。
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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 ↓
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。
呼气管
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酒精传感器. 的选择性
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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。
➢ 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。
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。
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
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,
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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