气敏和湿敏传感器

2012-4-17
17
自动检测技术
2、汽车挡风玻璃自动去湿装置
汽车挡风玻璃自动去湿装置
自动检测技术 第三节 离子烟感传感器
离子感烟传感器是应用放射性同位素组成的火灾报警专用 传感器，采用离子感烟传感器制作的火灾报警器，具有极高 的报警灵敏度，只要空气中漂浮着因起火产生的烟雾粉尘， 报警器就能立即报警。 1．工作原理
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
自动检测技术
1、分类
电阻式 烧结型 薄膜型
厚膜型 半导体式气敏传感器 二极管气敏传感器
自动检测技术 4、基本测量电路
气敏电阻式传感器基本测量电路如下图所示。测量电路 包括加热回路和测试回路两部分。
(a)QM－N5测量电路；
(b)TGS812测量电路；
(c)TGS109测量电路
自动检测技术
二、气敏传感器的应用
1. 袖珍式气体检漏仪
2012-4-17
11
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 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 被测环境湿度转换成电信号 主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路， 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、 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 一、湿度的定义及其表示方法 湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法： 湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法： 绝对湿度（ ） 绝对湿度（AH）： 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸 m 气的质量， 气的质量，其数学表达式为 H a = V V 相对湿度（ 相对湿度（%RH）：相对湿度是指待测空气中实际所含的 ） 水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。 水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其 数学表达式为： P 数学表达式为： H T = V × 100% PW 相对湿度给出了大气的潮湿程度。实际中常用。 相对湿度给出了大气的潮湿程度。实际中常用。
自动检测技术 二、湿敏传感器的分类
电解质式 电阻式 陶瓷式 高分子式 陶瓷式 湿敏传感器 电容式 高分子式 光纤湿敏传感器 其它 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
自动检测技术源自文库
三、陶瓷电阻式湿度传感器
对显敏电阻的基本要求：
（1）电阻湿度系数大，性能稳定； （2）相对湿度在0～100%范围内变化时，其电阻值能有规 律地变化且重复性好，响应速度快，老化效应小等特点。 陶瓷电阻式湿度传感器的结构、 陶瓷电阻式湿度传感器的结构、外形及测量转换电路框图
非电阻式
MOS二极管气敏传感器
Pd—MOSFET气敏传感器
半导体式气敏传感器的分类
2、电阻式气敏传感器的结构 SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型 系列气敏元件有烧结型 薄膜型和厚膜型三种 烧结型、 三种。 应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径≤ ) 应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2 粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂， 粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原 主要用于检测可燃的还原性 气体， 其工作温度约300℃ 。 根 可燃的还原性气体 料 。 主要用于检测 可燃的还原性 气体 ， 其工作温度约 ℃ 直接加热式和 两种。 据加热方式，分为直接加热式 旁热式两种 据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。 气敏元件(直热式气敏元件 （1）直接加热式 ）直接加热式SnO2气敏元件 直热式气敏元件 气敏元件 直热式气敏元件)
1 2 加热极兼电极 SnO2烧结体 3 4 1 2 3 4
(a)结构
(b)符号
直热式气敏器件结构及符号
自动检测技术
（2）旁热式 ）旁热式SnO2气敏元件 加热器电阻值一 般为30 ～40
加热器 电极 1 6 4
2 SnO2烧结体 瓷绝缘管 （b）符号 （a）结构 旁热式气敏器件结构及符号 5
3
自动检测技术 3、基本原理 、
1－基板； 2－金电极； 3－Fe3O4胶体膜； 4－引线
四、陶瓷电容式湿度传感器 1. 结构 陶瓷电容式湿度传感器的结构由多孔氧化铝感湿膜、铝基 片和金电极等构成。其结构如下图所示。
2. 陶瓷电容式湿度传感器的特性 Al2O3薄膜组成的陶瓷电容式湿度传感器在气孔中有一定水汽 吸附时，随着环境湿度的变化，膜电阻和膜电容都将改变。其 特性曲线如下图所示
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。
UD-02型传感器 离子感烟传感器等效电路图
2012-4-17 15
自动检测技术 • 在低湿度时，曲线线性良好，到高湿度时线性变 差，若湿度进一步提高，特性曲线变得平缓。
2012-4-17
16
自动检测技术 五、湿敏电阻传感应用
湿敏电阻传感器广泛应用于军事、气象、农业、医疗等领域， 在各种场合下进行湿度监测、控制与报警。 1. 高湿度显示器 下图所示是高湿度显示器电路。
自动检测技术
第三章新型传感器
第一节 气敏传感器 • 气敏传感器的定义： 气敏传感器的定义：
–是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏 是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏 感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转 感器件， 换成电信号， 换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得 与待测气体在环境中存在情况有关的信息。 与待测气体在环境中存在情况有关的信息。 气敏传感器可分为半导体气敏传感器、 气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电 解质气敏传感器、 解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合式 气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。 气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。
– 是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件 阻值变化而制成的。 – 当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表 面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散， 失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分 子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。 • 当氧化型气体吸附到N型半导体（SnO2, ZnO)上，还原型 气体吸附到P型半导体(CrO3)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。
由芯片(敏感体和加热器)，基座 由芯片(敏感体和加热器) 和金属防爆网罩三部分组成。 和金属防爆网罩三部分组成。因 其热容量小、稳定性差， 其热容量小、稳定性差，测量电 路与加热电路间易相互干扰 互干扰， 路与加热电路间易相互干扰，加 热器与SnO2基体间由于热膨胀系 热器与 数的差异而导致接触不良， 数的差异而导致接触不良，造成 元件的失效，现已很少使用。 元件的失效，现已很少使用。
自动检测技术
器器器器 / k Ω 响响响响响1 min以以
100
器器器器
稳稳稳 态
氧氧氧
50
5 2 min 4 min
还还氧
器器加加 大大大
吸大响
N型半导体吸附气体时器件阻值变化图
自动检测技术
P型半导体吸附气体时器件阻值变化图
自动检测技术
规则总结：
• 氧化型气体＋N型半导体：载流子数下降， 电阻增加 • 还原型气体＋N型半导体：载流子数增加， 电阻减小 • 氧化型气体＋P型半导体：载流子数增加， 电阻减小 • 还原型气体＋P型半导体：载流子数下降， 电阻增加