气敏传感器公开课ppt.ppt

气体传感器，问题：学生知道什么是有毒有害气体吗？气体、空洞、甲烷、烟雾等一定浓度的话，我们的生命也将面临危机。那么，我们如何防止有害气体对我们生命安全的危害呢？安装对这种有害气体敏感的报警器。本章将讨论的气体检测传感器正是该报警电路的一个非常重要的设备。接下来介绍气体检测传感器。气体检测传感器与我们的鼻子作用相同，可以“嗅”空气中的特定气体，确定气体的浓度，提高人们的生活水平，保护人们生命的气体成分检测和监控。环境污染，火灾警报，煤矿，化学，第一，与气体敏感度相关的基本概念，气体浓度显示？表示大气污染物浓度的方法有两种：1，质量浓度指示法：每空气立方米包含的污染物质量数，即mg/m32，体积浓度指示法：空气百万体积中包含的污染物体积，ppm，大多数气体探测器测量的气体浓度为体积浓度(ppm)。根据中国的规定，特别是环境保护部门，要将气体浓度指定为质量浓度单位(mg/m3)，中国的标准规格也用质量浓度单位(如mg/m3)表示。什么是气体传感器？气体检测传感器是用于检测气体类别、浓度和成分的传感器。气体的种类也多种多样，性质也多种多样，使用一种传感器无法检测所有种类的气体，因此有多种可进行气体-电转换的传感器，可以按气体检测传感器材料分为半导体和非半导体两类。目前最常用的是半导体气体传感器。烟雾警报，酒精传感器，二氧化碳传感器，气体传感电阻几何，酒精传感器，其他可燃气体传感器，酒精测试仪，呼气管，家用液化气体警报，一氧化碳传感器，其他气体传感器，NH3传感器，甲烷传感器，二氧化碳浓度传感器氧浓度传感器泡沫，汽车尾气测量，毒性快速寿命制造成本低、使用和维护方便等气体检测传感器用于暴露在各种组件中的气体，由于测试现场温度、湿度变化、灰尘和油雾等原因，工作条件差，气体对检测组件的材料产生化学反应，并附着在组件表面，经常降低性能。 因此，利用气体传感器、2、常规气体传感器分类、3、半导体气体传感器机制、半导体气体传感器：利用半导体气体检测元件进行气体接触、半导体电导率等物理特性变化原理检测特定气体的成分或浓度物质：气体电阻材料是金属氧化物半导体。其中p型：氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。n型：氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等。合成材料有时也会渗透到钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等催化剂上。表7-1半导体气体传感器分类是由半导体表面气体氧化还原反应引起敏感元件电阻变化而形成的基本原理。半导体气敏材料吸附气体的能力很强。当半导体元件被加热到稳定状态，气体接触半导体表面并吸附时，吸附的分子首先随着表面的物理特性自由扩散而失去动能，部分分子蒸发，其他分子被热分解，固定在吸附位置(化学吸附)。如果半导体的功小于吸附分子的亲和力，吸附分子就会在装置中抓住电子，变成负离子吸附，半导体表面显示电荷层。具有氧气等负离子吸附倾向的气体称为氧化气体或电子接收性气体。当半导体的功大于吸附分子的离解能量时，吸附分子向器件发射电子，形成阳离子吸附。有吸附阳离子倾向的气体包括石油蒸汽、酒精蒸汽、甲烷、乙烷、天然气、天然气和氢气。他们被称为原型气体或电子供给性气体，即在化学反应中可以注射电子，化学价格提高的气体。大部分属于可燃气体。氧化气体吸附在n型半导体(SnO2，ZnO)上，原型气体吸附在p型半导体(CrO3)上，半导体载波减少和电阻值增加。原型气体吸附在n型半导体上，氧化型气体吸附在p型半导体上，电流容量增加，半导体电阻值降低。图9-1N型半导体吸附气体电阻变化图，规则摘要：氧化气体n型半导体：载流量减少，电阻增加度原型气体n型半导体：载流量增加，电阻减少氧化气体p型半导体：载流量增加，电阻减少度原型气体p型半导体：载流量减少，电阻增加，电阻增加电阻半导体气体传感器，图9-2气体传感半导体传感器结构(a)烧结气体传感器；(b)薄膜器件；(c)厚膜元件，图9-2气体传感半导体传感器的元件结构，(a)烧结气体传感器；(b)薄膜器件；(c)厚膜装置通常由直热和侧热类型的加热方法形成直热和侧热气体传感元件。直接热气体传感器的结构和符号如图9-3所示。图9-3直接热气体传感器结构和符号(a)结构；(b)符号，如图9-4所示，旁边热气体检测装置的结构和符号，图9-4旁边热检测装置的结构和符号(a)旁边热结构；(b)符号，2 .电阻率半导体气体传感器电阻率气体传感器也是半导体气体传感器之一。利用mos二极管的电容-电压特性变化和MOS场效应晶体管(MOSFET)的临界电压变化等物性生成的气体传感器。这种设备的制造工艺成熟，可以轻松集成设备，因此性能稳定，价格低廉。使用特定材料还可以使设备对特定气体特别敏感。(1)MOS二极管气体检测元件MOS气体检测元件，如图9-5(a)所示，在p型半导体硅片上使用热氧化工艺生成50 100n m厚度的硅(SiO2)层，然后在其上蒸发钯(Pd)层的金属膜到栅极电极进行制造。图9-5 mos二极管结构和等效电路(a)结构；(b)等效电路；(c)C-U特性，(2)有关MOS场效应晶体管气体传感器钯-MOS场效应晶体管(Pd-MOSFET)的结构，请参见图9-6。图9-6钯-MOS场效应晶体管的结构，(1)气体传感器灵敏度特性烧结，薄膜和厚膜SnO2气体检测装置的气体灵敏度特性如图所示。气体传感器的电阻RC与空气中测量的气体的浓度c具有代数关系。log RC=mlogc n表达式中的n与气体检测灵敏度相关，不仅取决于材料和气体种类，而且会随着测量温度和添加剂发生很大变化。m是气体的分离度，取决于气体浓度，对于可燃气体。在气体敏感物质SnO2中添加铂(Pt)或钯(Pd)等作为催化剂，可以提高其灵敏度和对气体的选择性。添加剂的组成和含量、元件的烧结温度和工作温度影响元件的选择性。5，气敏元件的基本特性，1 .SnO2系统，(2)SnO2材料的物理和化学稳定性好，与其他类型的气体检测元件(例如接触燃烧气体检测元件)相比，nO2气体检测元件的寿命长，稳定性好，耐腐蚀性好。(3)SnO2气体检测元件可起到气体检测的作用，吸附、解吸时间短，可连续使用很长时间。(4)元素结构简单，成本低，可靠性高，机械特性好。(5)气体检测不需要复杂的处理设备。可以将检测到的气体浓度直接转换为电信号，信号处理电路简单。，影响SnO2气敏效应的主要因素，(1)SnO2结构组成对气敏效应的影响SnO2具有用于制造气敏元件的金红石晶体结构。这种结构缺陷直接影响气体检测装置的特性。一般来说，SnO2中有很多氧空位，气体检测效果明显。(2)SnO2的添加剂对气体敏化效果的影响实验证明，SnO2的添加剂对其气体敏化效果有相当大的影响。表7-3显示了具有不同添加物质的SnO2气体检测元件的气体检测效果。(3)烧结温度和加热温度对气体检测效果影响的实验证明，零件的烧结温度和制造零件时的加热温度对其气体检测性能有显著影响。因此，可使用元件属性进行检查。表7-3添加剂对nO2气体检测效果，LPG，CO，城市煤气，酒精，酒精，丙酮，碳氢化合物还原气体，200-300，(4) SnO2气体检测组件易受环境温度和湿度影响，上图显示NO2气体检测组件易受环境温度环境温度和湿度会影响特性，因此通常需要进行温度修正。2 .氧化锌(ZnO)气体传感器ZnO系统气体传感元件对还原气的敏感度高。工作温度比SnO2系气体检测元件高约100，因此比SnO2系元件应用更广。同样，若要提高ZnO系元素对气体的选择性，则必须加入Pt和Pd等添加剂。例如，将Pd添加到ZnO会提高对H2和CO的敏感度。如下图(a)所示，丁烷(C4H10)、丙烷(C4H8)、乙烷(C4H6)等烷烃气体的敏感度较低。将Pt添加到ZnO后，对烷烃气体的敏感度高、碳量大、敏感度高，而对H2和CO气体的敏感度非常低，如下图(b)所示。第三，气敏传感器应用、气敏传感器广泛用于防灾报警，包括可使液化石油气、天然气、城市燃气、煤矿瓦斯、有毒气体等。也可以用于监视大气污染和医疗测量O2、CO2等气体。可以生活在空调、烹饪设备、酒精浓度检测等中。(1)，电源电路常规气体传感器工作电压不高(3v至10v)，相应工作电压，特别是提供加热的电压必须稳定。否则，加热器的温度变化太大，气体检测元件的工作点会漂移，影响检测精度。(2)，辅助电路由于气体检测元件本身的特性(温度系数、湿度系数、初始稳定性等)，在设计、制作应用电路时必须考虑。使用温度补偿电路时，减少气体传感器温度系数引起的误差。设置延时电路，在电气初期，气体检测元件的电阻发生了很大变化，防止误报。使用加热器故障通知电路，防止加热器故障引起的缺失现象。(3)，检测操作电路这是气体传感器应用电路的主要部分。下图是带有串行蜂鸣器的应用电路。随着环境中可燃气体浓度的增加，气体检测元件的电阻下降到一定值，进入蜂鸣器的电流将足以推动其工作，发出警报信号。，220V，BZ，霓虹灯管，家用可燃气体报警电路，气体传感器，蜂鸣器，B，R，案例1气体警报、各种易燃、易爆、有毒、有害气体检测和警报可以通过相应的气体传感器和相关电路实现，例如气体成分检测器、气体警报、空气净化器。家用煤气泄漏报警，下图是最简单的家用煤气报警电路之一。气电转换装置使用测试电路的高压直接热气体传感器TGS109。室内可燃气体增加，气体检测装置接触可燃气体，阻力减少，通过电路流动的电流增加，可以直接驱动蜂鸣器警报。警报设计时要合理选择警报浓度，选择低的话灵敏度高，容易产生误报。选择的状态，不能报警，220V，BZ，霓虹灯管，家用可燃气体报警电路，气体传感器，蜂鸣器，B，R，酒精传感器，酒后驾驶预防控制器电路图。在图中，QMJ1是葡萄酒传感器。如果司机不喝酒，在驾驶室里关闭开关s，则气体检测装置的电阻高，Ua高，U1低，U3高，继电器K2线圈断电，NC K2-2关闭，发光二极管VD1通过，绿灯，点火启动引擎可以点火。防止酒后驾驶控制器图，案例3。防止酒后驾驶控制器，如果司机喝酒，气体检测装置的电阻会急剧降低，导致Ua低水平，U1高水平，U3低水平，继电器K2线圈通电，K2-2常开触点关闭，发光二极管VD2通过，红色等警告，同时NC触点K2-1分离，无法启动引擎。如果司机拔出气体检测装置，继电器K1线圈将断电，常开