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第11章 氣體傳感器第11章 氣體傳感器11.111.211.311.411.5熱導(dǎo)式氣體傳感器接觸燃燒式氣敏傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器紅外氣體傳感器濕式氣體傳感器（氣體種類、 濃度電信號(hào)）11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器1． 原理? 不同種類、 不同濃度的氣體氣體傳感器， 其熱導(dǎo)率不同， 在同樣的加熱條件下， 其溫度也不同， 進(jìn)而氣敏元件電阻不同。2． 測(cè)量電路? 直流電橋電路11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器3． 種類? 熱線式（金屬電阻絲） 氣敏傳感器? 熱敏電阻式氣敏傳感器4． 應(yīng)用? 真空測(cè)量? 可燃性氣體的測(cè)量和報(bào)警11.2接觸燃燒式氣敏傳感器1.結(jié)構(gòu)原理? ?R=ρ?T=ρH/h=ραθ/h11.2接觸燃燒式氣敏傳感器2.測(cè)量電路? 直流電橋電路， 工作電流100~200mA3.應(yīng)用? 檢測(cè)可燃性氣體11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.3.1 半導(dǎo)體氣體傳感器及其分類? 原理? 金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷氣敏材料與被測(cè)氣體接觸，由于氣體的吸附，引起材料電學(xué)性能的變化二氧化碳報(bào)警器， 以此檢測(cè)特定氣體及其濃度。? 分類? 電阻型： 表面控制型； 體控制型；? 非電阻型： 二極管整流特性型； 晶體管特性性；（都屬于表面控制）11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.3.2 主要特性及其改善?1.氣體選擇性及其改善? 氣體選擇性： 對(duì)不同氣體的敏感特性。

? 改善方法： 摻雜（氧化物或添加物） ；控制氣敏元件的燒結(jié)溫度；改善氣敏元件工作時(shí)的加熱溫度。?2.氣體濃度特性? 氣體傳感器的輸出量與被測(cè)氣體濃度之間的關(guān)系，這是氣體傳感器的基本特性。11.3半導(dǎo)體氣體傳感器? 3.初始穩(wěn)定、 氣敏響應(yīng)和復(fù)原特性? 任何半導(dǎo)體氣敏元件內(nèi)部均有加熱絲， 一方面用來(lái)燒灼元件表面油垢或污物， 其次是用來(lái)加速元件對(duì)被測(cè)氣體的吸、 脫作用， 加熱溫度一般為200~400℃。氣敏傳感器的外形及其基本測(cè)量電路。? 初始穩(wěn)定： 加熱時(shí)間和穩(wěn)定電阻值） ；穩(wěn)定電阻輸出特性（過渡? 氣敏響應(yīng)： 氣敏元件接觸被測(cè)氣體變化（過渡過程的時(shí)間） ；電阻值? 復(fù)原性： 測(cè)試結(jié)束中保存狀態(tài)的固有電阻值(Ra=103~105?)的時(shí)間。電阻值復(fù)原到潔凈空氣11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.3半導(dǎo)體氣體傳感器4.靈敏度的提高與穩(wěn)定性改善? 添加金屬或金屬氧化物材料的催化作用來(lái)提高靈敏度。? 添加“融劑” 和“緩融劑” ， 控制氣敏材料的燒制過程， 可以改善其穩(wěn)定性。5.溫度、 濕度的影響及其它問題? 環(huán)境溫、 濕度對(duì)氣敏元件的氣敏特性有影響（見圖11-7） ， 氣敏元件的加熱絲電壓決定元件的工作電流， 也會(huì)影響元件的氣敏特性。

11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.3.3 電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器(氣敏電阻)?1、 表面控制型氣敏電阻? 利用半導(dǎo)體材料表面吸附氣體引起氣敏元件電阻值變化的特性制成。 主要用于檢測(cè)可燃性氣體。 半導(dǎo)體材料多數(shù)采用SnO2和ZnO等難還原的氧化物。? 結(jié)構(gòu)和電阻特性 :?多孔質(zhì)燒結(jié)體敏感元件；?薄膜敏感元件；?厚膜敏感元件；?多層結(jié)構(gòu)敏感元件。11.3半導(dǎo)體氣體傳感器燒結(jié)體元件厚膜元件薄膜元件多層結(jié)構(gòu)元件氣敏特性電阻特性logR=mloET+n 11.3半導(dǎo)體氣體傳感器?2． 傳感器類型? 氧化錫類氣體傳感器?敏感元件主要類型是燒結(jié)體， 薄膜， 厚膜? 氧化鋅及其它類氣體傳感器?與SnO2類相比， 工作溫度范圍高出100°C ? 工作原理?表面控制型氣體傳感器， 其半導(dǎo)體氣敏材料表面吸附有氣體時(shí)， 則半導(dǎo)體和吸附的氣體之間會(huì)有電子的施受發(fā)生， 造成電子的遷移從而形成表面電荷層， 最終引起元件電阻值的變化。11.3半導(dǎo)體氣體傳感器?3.體控制型氣敏電阻? 三氧化二鐵類氣體傳感器? 鈣鈦礦類氣體傳感器? 燃燒控制用氣體傳感器燃燒控制用鎳酸鑭氣體傳感器的氣敏特性Co1?xMgxO敏感元件的敏感特性11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.3.4 非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器? 1.二極管氣體傳感器? 如果二極管的金屬與半導(dǎo)體的界面吸附有氣體， 而這種氣體又對(duì)半導(dǎo)體的禁帶寬度或金屬的功函數(shù)有影響的話， 則其整流特性會(huì)變化。

用于檢測(cè)H2的鈀—氧化鈦二極管的伏-安特性曲線11.3半導(dǎo)體氣體傳感器? 2.MOS二極管氣體傳感器? 鈀—MOS二極管敏感元件結(jié)構(gòu)? 鈀—MOS二極管敏感元件的C-U特性? 檢測(cè)原理： 利用MOS二極管的C-U特性檢測(cè)H2敏感元件的光電特性也可檢測(cè)H211.3半導(dǎo)體氣體傳感器? 3.MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣體傳感器? 結(jié)構(gòu)：? 檢測(cè)原理： MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電流ID由柵壓控制， 將柵極與漏極短路，在源極與漏極之間加電壓環(huán)氧乙烷報(bào)警器，則ID=β(U?UT)211.3.5 半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用? 半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、 響應(yīng)快、 使用壽命長(zhǎng)和成本低等特點(diǎn)氣體傳感器， 廣泛應(yīng)用于有毒有害、 易燃易爆氣體的檢測(cè)、 控制和報(bào)警等。11.3半導(dǎo)體氣體傳感器表11-4氣體傳感器的應(yīng)用11.3半導(dǎo)體氣體傳感器1． 氣體報(bào)警器圖11-20 簡(jiǎn)易家用氣體報(bào)警器電路11.3半導(dǎo)體氣體傳感器2． 煤氣報(bào)警器圖11-21 分段報(bào)警式城市煤氣報(bào)警器電路圖11.3半導(dǎo)體氣體傳感器3． 火災(zāi)煙霧報(bào)警器圖11-22 氣敏、 熱敏火災(zāi)煙霧報(bào)警器電路圖11.3半導(dǎo)體氣體傳感器4． 空氣凈化換氣扇圖11-23 自動(dòng)換氣扇電路圖11.3半導(dǎo)體氣體傳感器5． 酒精探測(cè)器圖11-24 攜帶式酒精探測(cè)儀電路圖11.3半導(dǎo)體氣體傳感器6． CO濃度測(cè)控圖11-25 CO傳感器應(yīng)用電路11.4紅外氣體傳感器? 電容麥克型? 量子型結(jié)構(gòu) :? 極譜式? 原電池式檢測(cè)原理：? 當(dāng)被測(cè)氣體通過隔膜擴(kuò)散到電解液中后， 不同氣體會(huì)在不同固定電壓作用下發(fā)生電解， 從而導(dǎo)致電流的變化，通過測(cè)量電流的大小檢測(cè)氣體參數(shù)。11.5濕式氣體傳感器作業(yè):11-2氣體傳感器， 11-4， 11-5， 11-6第11章 氣體傳感器謝謝！

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