气敏和湿敏传感器
气敏和湿敏传感器
实验五气敏传感器实验实验目的：了解气敏传感器的原理与应用。
所需单元：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器、主、副电源。
旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档、F/V表置2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。
实验步骤：1.仔细阅读后面附上的“使用说明”，差动放大器的输入端(+)、(-) 与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。
2．关闭主、副电源，按图4接线。
图 43．开启主、副电源，预热约5分钟，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数。
它反映了传感器AB两端间的电阻随着发生了变化。
说明MQ3检测到了酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。
思考题：如果需做成一个酒精气体报警器，你认为还需采取哪些手段？提示：1.需进行浓度标定；2.在电路上还需增加……。
附：MQ系列气敏元件使用说明一、特点1．具有很高的灵敏度和良好的选择性。
2．具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。
二、结构、外形、元件符合1．MQ系列气敏元件的结构和外形如图4A所示，由微型AL203陶瓷管、SN02敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢网的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。
2．好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个脚用于信号取出，2个脚用于提供加热电流。
图4A三、性能1．标准回路：如图4B所示，MQ气敏元件的标准测试问路由两部分组成。
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。
图4B2．传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号Vrl输出而获得的。
二者之间的关系表述为RS/RL=(VC-VRL)/VRL3。
3．标准工作条件：4．环境条件5．灵敏度特性气敏传感器实验实物连接图接线方法：1. 直流稳压电源旋钮调到±4V；2. V+插孔与f①和A③串联；3. f②与电桥平衡中②及差动放大器正输入孔②串联,并与黑色接地孔接通；4. B④与电桥平衡中④及差动放大器负输入空④相连接；5. 差动放大器输出端⑤与F/V表的Vi孔连接。
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
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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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汽车尾气分析
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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
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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
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5
酒精传感器的选择性
2021/3/18
NH3传感器
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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。
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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。
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。
第六章 化学传感器(离子敏传感器、气敏传感器、湿敏传感器)
子对待测离子的测量会起到干扰作用。考虑到干扰离 子的作用，能斯特方程可以表示为：
i
0
RT ni F
ln(i
j
K ) ni / n j ij j
其中，Kij 为选择系数
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化学传感器
对于 n 沟道增强型场效应管，如果 U大G S 于场效应管 阈值电压 U，T 场效应管将由于 的UG作S 用而导通，其漏 极电流ID为：
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特性曲线：在ID（ IDS)不变情况下
化学传感器
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化学传感器
气敏传感器
常见气体检测方法： 1）电化法 2）光学法 3）电气法：半导体式和接触燃烧式。
优点：灵敏度高、响应速度快 制作简单、价格便宜
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化学传感器
本节主要介绍两种半导体气敏传感器： 电阻式气敏传感器和MOSFET气敏传感器
溶液与敏感膜和参比电极同时接触，充当栅极。
7
化学传感器
二、离子的活度 若给离子场效应管加一个栅电压 ， 那U么G S在待测溶液和敏感膜的交界处将产生一定的界面 电位 ，根据i能斯特方程，
阴离子，若还原态物质活度为1，则有
i
0
RT nF
ln i
阳离子，若氧化态物质活度为1，则有
i
0
2.303RT nF
通过对ISFET的漏电流ID的大小的测量，就可以检测 出溶液中离子的浓度。
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化学传感器
四、离子敏场效应管的特性 具有场效应管的优良特性，如转移特性、输出特性、
击穿特性等。而作为离子敏器件，它还应满足敏感管的一 些基本特性要求，例如响应特性、离子选择性、输出稳定 性等。 1离. 线子性浓度度：的器变件化在而特变定化的的测特量性范。围内的输出电流ID随溶液中
传感器 第9章 气、湿敏传感器
第9章 气、湿敏传感器• 气敏、湿敏传感器是利用物质的物理效应和化学效应对气体中的某些成分或水汽进行检测的器件。
• 检测气体的成分或水汽的湿度，用得最多的是半导体气敏传感器和半导体湿敏传感器。
9.1 气敏传感器9.1.1 半导体气敏元件的分类及必备条件• 利用半导体与某些气体接触时，其特性发生变化这一规律来检测气体的成分 或浓度的传感器。
• 按照其与气体的相互作用主要是局限于半导体外表，还是涉及到内部，分为： 外表控制型；体控制型。
按照半导体变化的物理特性:电阻式；非电阻式。
• 电阻式半导体气敏元件是利用半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；• 非电阻式半导体气敏元件那么是根据气体的吸附和反响，使其某些关系特性发生变化，来对气体进行直接或间接的检测。
• 气敏元件至少都必须具备如下条件：① 对气体的敏感现象是可逆的；② 单位浓度的信号变化量大；③ 能检测出的下限浓度低；④ 响应重复特性良好；⑤ 选择性好，即对与被测气体共存的其它气体不敏感；⑥ 对周围环境(如温度、湿度)的依赖性小；⑦ 性能长期稳定，结构比拟简单。
9.1.2 外表控制型电阻式半导体气敏元件• 这种类型的气敏元件是利用半导体外表因吸附气体引起电阻阻值变化的元件，主要用于检测可燃性气体。
它具有气体检测灵敏度较高、响应速度快等优点。
气敏元件的材料 多数采用氧化锡和氧化锌等较难复原的氧化物。
为提高气体的选择性，一般都掺有少量的贵金属(如铂等)作催化剂。
1．结构通常主要由三局部组成：① 气体敏感元件；② 对敏感元件进行加热的加热器；③ 支持上述部件的封装局部。
以多孔质烧结体型气敏元件为例 烧结型2SnO 气敏元件是以多孔质陶瓷2SnO 为基材(粒度在1μm 以下)，添加不同物质，采用传统制陶方法，进行烧结。
烧结时埋入测量电极和加热丝，制成管芯，最后将电极和加热丝引线焊在管座上，并罩覆于二层不锈钢网中而制成元件。
这种元件主要用于检测复原性气体、可燃性气体和液体蒸气。
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
气敏、湿敏传感器
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。
常用传感器的种类
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。
1、热敏传感器热敏传感器是将温度转换成电信号的转换器件，可分为有源和无源两大类。
前者的工作原理是热释电效应、热电效应、半导体结效应。
后者的工作原理是电阻的热敏特性，约占热敏传感器的55%。
在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。
较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。
用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
2、光敏传感器光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。
国内主要厂商有OTRON品牌等。
光传感器是产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。
最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。
3、气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。
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。
所以对气敏传感器有下列要求：能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度，能长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质所产生的影响小等。
4、力敏传感器力敏传感器是将应力、压力等力学量转换成电信号的转换器件。
力敏传感器有电阻式、电容式、电感式、压电式和电流式等多种形式，它们各有优缺点。
其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
气敏和湿敏传感器
(a)QM－N5测量电路； (b)TGS812测量电路； (c)TGS109测量电路
二、气敏传感器的应用
1. 袖珍式气体检漏仪
自动检测技术
2020/1/12
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第二节 湿敏电阻传感器
湿敏传感器：就是一种能将被测环境湿度转换成电信号的装 置。主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路，除此之外 还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设 备等
自动检测技术
一 、半导体式气敏传感器的结构及工作原理
• 半导体式气敏传感器：
–利用半导体气敏元件同气体接触，造成半 导体性质发生变化的原理来检测特定气体的 成分或者浓度
• 半导体式气敏传感器可分为：
–电阻式 –非电阻式
1、分类
半导体式气敏传感器
电阻式
自动检测技术
烧结型 薄膜型
厚膜型
非电阻式
二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器
1．工作原理
IP
离子感烟传感器的工作原理
自动检测技术
2．UD-02型离子感烟传感器 UD-02型离子感烟传感器具有灵敏度高，可靠性好，性 能符合标准等优点，它有两个离子室及一个放射源（镅— 241），其外形如下图所示。
4
2
(a)结构
(b)符号
直热式气敏器件结构及符号
（2）旁热式SnO2气敏元件
加热器
电极
自动检测技术
加热器电阻值一 般为30Ω～40Ω
6
1
4
2
3
SnO2烧结体
5
瓷绝缘管
（a）结构
（b）符号
旁热式气敏器件结构及符号
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
气敏传感器
二、常见气敏传感器的原理
（2）SnO2气敏元件的结构 1）烧结型SnO2气敏元件
a）芯片结构；b）符号；c）应用连接方式 直热式气敏元件结构及符号
二、常见气敏传感器的原理
旁热式气敏元件结构及符号 a）管芯结构；b）符号
二、常见气敏传感器的原理
2）厚膜型SnO2气敏元件
3）薄膜型SnO2气敏元件
三、常见气敏传感器的应用
1.有害气体鉴别、报警与控制电路
三、常见气敏传感器的应用
2.瓦斯报警器
三、常见敏传感器的应用
3.酒精检测报警器
四、气敏传感器的使用注意事项
（1）工作环境注意清洁 （2）工作电压要稳定 （3）温度补偿 （4）延时控制
2.ZnO气敏元件 氧化锌的物理、化学性能稳定，也是N型半导体，
具有六方晶系纤锌矿型和立方晶系NaCl型结构。气敏
元件的工作温度较高（400～500℃），ZnO气敏元件也 可分为烧结型、厚膜型和薄膜型三种。 （1）烧结型ZnO气敏元件 烧结型ZnO气敏元件的工作原理与SnO2相似。当使
用铂作为催化剂时，ZnO气敏元件对乙醇、丙烷、丁烷
二、常见气敏传感器的原理
（3）SnO2气敏元件测量电路
SnO2气敏元件测量电路如图所示，图a为直流电 源供电，图b和图c为交流电源供电。图a和图b为旁 热式气敏电阻电路，图c为直热式气敏电阻电路。
a）直流电源供电电路 b）旁热式气敏电阻电路 c）直热式气敏电阻电路
SnO2气敏电子测量电路
二、常见气敏传感器的原理
二、常见气敏传感器的原理
3.γ—Fe2O3气敏元件 由于铁是过渡金属元素，是一种很好的催化剂，因 此γ—Fe2O3半导体不需要加入添加剂就可作气敏元件。 γ—Fe2O3气敏元件对丙烷（C3H8）和异丁烷（i—C4H10）
敏感元件及传感器用途
敏感元件及传感器用途敏感元件和传感器在现代科技中起着重要的作用，广泛应用于各个领域。
它们能够感知和测量环境中的各种参数和信号，并将其转换为可理解的电信号，从而实现各种自动控制和监测系统的正常运行。
敏感元件是指能够对某一刺激或参数作出敏感反应的元件，其作用是将非电信号转化为电信号。
我将介绍几种常见的敏感元件及其主要应用。
1. 光敏元件（光电二极管、光电三极管）：光敏元件能够将光信号转化为电信号，常用于照明控制、光电传感器、光电开关、摄像头等领域。
2. 压敏元件：压敏元件是一种能够根据外界压力变化产生电信号的敏感元件，主要应用于力学测量、电子称重、压力传感器等领域。
3. 温敏元件（热敏电阻、温敏电容器）：温敏元件的电阻或电容值随温度变化而发生的变化，常用于温度测量、恒温控制、温度补偿等领域。
4. 湿敏元件：湿敏元件根据湿度变化产生电信号，主要应用于湿度监测、湿度控制等领域。
5. 气敏元件：气敏元件是根据气体浓度变化产生电信号的敏感元件，常用于气体浓度监测、空气质量检测等领域。
传感器是一种能够感知和测量某种参数或信号的装置，常用于自动控制和监测系统中。
以下是几种常见的传感器及其主要应用。
1. 加速度传感器：加速度传感器能够感知物体的加速度变化，常用于汽车安全气囊、手机屏幕旋转、运动监测等领域。
2. 压力传感器：压力传感器能够感知和测量物体的压力变化，常用于工业自动化、气压控制、汽车制动系统、石油钻探等领域。
3. 光电传感器：光电传感器能够感知物体的距离、位置、形状和颜色等信息，常用于自动门开关、光电反射器、物体检测等领域。
4. 温度传感器：温度传感器能够感知和测量物体的温度变化，常用于室内恒温控制、电子设备散热监测、医疗仪器等领域。
5. 湿度传感器：湿度传感器能够感知和测量空气中的湿度变化，常用于气象监测、室内湿度控制、农业温室等领域。
以上只是敏感元件和传感器的一部分应用场景，随着科技的不断发展，它们的应用领域还在不断扩大。
气敏和湿敏传感器课件
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。
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气敏和湿敏传感器案例分析
THANKS
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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
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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。
第7章 气敏、湿敏传感器
1）正特性湿敏半导瓷导电原理 ）
2）负特性湿敏半导瓷导电原理 ）
气敏、湿敏传感器 气敏、
单元18 单元18 气敏传感器 单元19 单元19 湿敏传感器
化学工业出版社
单元18 单元18 气敏传感器
【电路图】 电路图】
【电路分析】 电路分析】 图示为常用的气体报警器电路，采用直热式气敏传感器， 图示为常用的气体报警器电路，采用直热式气敏传感器，当室内可 燃性气体浓度增加时，气敏器件接触到可燃性气体而电阻值降低， 燃性气体浓度增加时，气敏器件接触到可燃性气体而电阻值降低， 回路的电流增加，驱动峰鸣器报警。对于丙烷、丁烷、甲烷等气体， 回路的电流增加，驱动峰鸣器报警。对于丙烷、丁烷、甲烷等气体， 报警浓度一般选定在其爆炸下限的1/10，通过调整电阻来调节。 报警浓度一般选定在其爆炸下限的 ，通过调整电阻来调节。
【知识要点】 知识要点】 1.湿敏传感器的定义：由湿敏元件和转换电路等组成湿敏传感器， 湿敏传感器的定义：由湿敏元件和转换电路等组成湿敏传感器， 湿敏传感器的定义 可感受外界湿度（常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度） 可感受外界湿度（常将空气或其他气体中的水分含量称为湿度）变 化，并通过器件材料的物理或化学性质变化将环境湿度信号变换为 电信号的装置。 电信号的装置。 2.湿敏传感器的分类 湿敏传感器的分类 （1）按材料：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电解质式等； ）按材料：陶瓷式、有机高分子式、半导体式、电解质式等； （2）按探测功能：相对湿度、绝对湿度、结露和多功能式等； ）按探测功能：相对湿度、绝对湿度、结露和多功能式等； （3）按输出电学量类型：电阻式、电容式、频率式等。 ）按输出电学量类型：电阻式、电容式、频率式等。 （4）按与水分子的亲和力：水亲和力型湿敏传感器、非水亲和力 ）按与水分子的亲和力：水亲和力型湿敏传感器、 型湿敏传感器。 型湿敏传感器。 3. 湿敏传感器的结构 （1）半导体陶瓷湿敏电阻 ）
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实验五气敏传感器实验
实验目的：了解气敏传感器的原理与应用。
所需单元：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器、主、副电源。
旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档、F/V表置2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。
实验步骤：1.仔细阅读后面附上的“使用说明”，差动放大器的输入端(+)、(-) 与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。
2．关闭主、副电源，按图4接线。
图 4
3．开启主、副电源，预热约5分钟，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数。
它反映了传感器AB两端间的电阻随着发生了变化。
说明MQ3检测到了
酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。
思考题：如果需做成一个酒精气体报警器，你认为还需采取哪些手段？
提示：1.需进行浓度标定；
2.在电路上还需增加……。
附：MQ系列气敏元件使用说明
一、特点
1．具有很高的灵敏度和良好的选择性。
2．具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。
二、结构、外形、元件符合
1．MQ系列气敏元件的结构和外形如图4A所示，由微型AL203陶瓷管、SN02敏感层、测量电
极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢网的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了
必要的工作条件。
2．好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个脚用于信号取出，2个脚用于提供加热电流。
图4A
三、性能
1．标准回路：如图4B所示，MQ气敏元件的标准测试问路由两部分组成。
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。
图4B
2．传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号Vrl输出而获得的。
二者之间的关系表述为RS/RL=(VC-VRL)/VRL3。
3．标准工作条件：
4．环境条件
5．灵敏度特性
气敏传感器实验实物连接图
接线方法：1. 直流稳压电源旋钮调到±4V；
2. V+插孔与f①和A③串联；
3. f②与电桥平衡中②及差动放大器正输入孔②串联,并
与黑色接地孔接通；
4. B④与电桥平衡中④及差动放大器负输入空④相连接；
5. 差动放大器输出端⑤与F/V表的Vi孔连接。
实验六湿敏电阻（RH）实验
实验目的：了解湿敏传感器的原理与应用。
感测机理：湿敏膜是高分子电解质，其电阻值的对数与相对湿度是近似线性关系。
在电路用字母“RH”
表示。
测量范围：10%-95% 工作精度：3%
阻值：几兆欧—几千欧寿命：一年以上
响应时间：汲湿，脱湿小于10秒传感器尺寸：4×6×0.5mm3
工作温度：0℃-50℃电源：AC：1KHz,2-3V或DC 2V
温度系数：0.5RH%/℃
所需单元元件：电压放大器、F/V表、电桥、RH湿敏电阻、直流稳压电源、主副电源。
旋钮初始位置：直流稳压电源置±2V档、F/V表置2V档。
实验步骤：(1) 观察湿敏电阻结构，它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形成的，按图5接线。
(2) 取二种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。
分别轻轻地与传感器接触，观察电压表
数字变化，此时电压表的指示，也就是RH 阻值变，说明RH检测
到了温度的变化，而且随着湿度的不同阻值变化也不一样。
注意取湿材料不要太湿，有点潮
就行了。
否则会产生湿度饱和现象，延长脱湿时间。
(3) RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。
这点请实验者注意。
图5
问题：你能用RH做成一个湿度测量仪吗？请画出电路图并加以说明。
湿敏传感器实验实物连接图。