气敏、湿敏电阻传感器的应用ppt课件

广东机电职业技术学院-传感器和应用，项目9 :气敏、湿敏电阻传感器的应用，作用：测量环境气体成分和浓度，测量环境湿度，进行控制和显示的重要器件。 应用领域：在环境保护、家电、消防、农业生产和安全生产等方面。 1、气体传感器能检测气体的种类和主要检测场所2、家庭用气体报警器、3、RK-2000P可燃性气体报警器采用高级CPU和高精度A/D转换器设计，可以同时连接多个传感器，检测出的气体浓度超过警报设定值时，设备发出声光二级警报信号4、1、气敏电阻传感器、气敏电阻的工作原理：主要分为还原性气体测定和氧浓度测定两种。 气体的成分、浓度等参数发生变化，电阻发生变化，转换为电流、电压信号，下箭头、下箭头、气体电阻是利用半导体自身的电导率根据气体的吸附而变化的机制检测出的半导体传感器。 已知SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等氧化物半导体材料具有气体灵敏度效果. 5、气体电阻器工作原理的动画演示，6，1 .还原性气体传感器，还原性气体是通过化学反应提供电子，化学价上升的气体。 还原性气体大部分是可燃性气体等。 氢、一氧化碳、硫化氢、甲烷、一氧化硫。 测定还原性气体的气阻的一般是在SnO2、ZnO和Fe2O3等金属氧化物粉体中添加少量铂催化剂、活化剂和其他添加剂，以一定比例烧结的半导体器件。 7、金属氧化物在常温下绝缘，半导体化后显示出气体灵敏度特性。 通常，器件在空气中工作，空气中的氧和NO2等电子亲和性大的气体接受来自半导体材料的电子，吸附负电荷，结果，减少了n型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子，减少了表面电导，使器件处于高电阻状态。 元件与被测定还原性气体接触时，与吸附的氧反应，放出被氧束缚的电子，感应膜表面的电导增加，元件电阻减少。 ； 这种气体感应元件通常在高温状态(200450)下工作，用于促进上述氧化还原反应。 8、烧结型气体传感器的工作特性(1)气体灵敏度特性：遇到H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可燃性)气体，材料表面层的电阻率减少； 遇到O2等氧化性气体时，材料表面层的电阻率会增大。 检查前，材料表面已经吸附了氧，所以对可燃性气体很敏感。 最佳工作温度一般多在200500的范围。 为了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，SnO2和ZnO很常见。 直热型加热器线兼作电极。 其结构简单，成本低，功耗小，但热容量小，容易受环境气流影响的加热线热膨胀收缩，因此在容易与材料接触不良的测量电路中，信号电路和加热电路发生干扰。 间接式加热丝和电极分开，稳定性高。 9、(2)温湿度特性： SnO2传感器的电阻值随温度、湿度的上升而规则减少。 因此，除尽量保持恒温、恒湿外，其有效措施是用温湿度特性好的感温元件和电路补偿温湿度。 (3)初始恢复特性和初始稳定特性：将短期保管后通电，传感器的电阻值暂时急剧变化(减少)的特性称为初始恢复特性，与部件的种类、保管时间和保管环境有关。 保管时间越长，初始恢复时间也越长，保管715天后的初始恢复时间通常在约25min以内。 10、长期保管后再次通电的话，在一定时间内传感器的电阻值会提高通常值的20%左右，之后逐渐恢复到正常的稳定值的特性称为初始稳定特性。初始稳定时间与传感器的种类和动作温度有关，直热型长，旁热型短。 ； 为了缩短初始恢复时间和初始稳定时间，开始使用时，请进行一定时间的高温处理，同时构成控制电路时，请增加延迟电路。 把气体感应膜、加热器和温度测定探头集成到一个硅晶片上，就构成了集成的气体感应传感器。 (4)主要检测对象157348； 烧结型气体传感器主要检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢、酒精、硫化氢等。 11、例如由氧化锡形成的气体感应元件在常温下吸附气体后，其电导率不怎么变化，但当该气体浓度保持一定时，该器件的电导率随着器件本身的温度变高而增加，特别是在100300的范围内变化很大显然，半导体电导率的增加是多个载流子浓度增加的结果。 ； 氧化锡、氧化锌材料气体感应元件的输出电压与温度的关系如下图(b )所示。 从以上分析可以看出，气体感应元件的工作需要比周围温度高很多的温度。 因此，在气体感应元件的结构上有电阻线加热，结构如图所示，1和2是加热电极，3和4是气体感应电阻的一对电极。 12、图中EH是加热电源，EC是测量电源，电阻中的可变电阻值的变化引起电路中的电流的变化，输出电压(信号电压)从电阻Ro中取出。 特别是低浓度时灵敏度高，高浓度时有成为稳定值的倾向。 因此，经常被用于检查可燃性气体的泄漏和警报等。 气体感应元件的基本测定电路，13，MQN型气体感应电阻结构和测定电路，1-引脚2-塑料基座3-不锈钢网盖5-加热电极6-工作电极7-加热电路电源8-测定电路电源，14，NH3传感器，甲烷传感器，酒精传感器， 手持数字酒精测定器、呼气管、17、酒精传感器的选择性、18、防止酒后驾驶的控制器的原理、防止酒后驾驶的控制器的原理电路如图10-16所示。 图中的QM-J1是酒精感应元件。 司机没有喝酒的情况下，若在驾驶室内接通开关s，则气体感应器的电阻值高，Ua为高电平，U1为低电平，U3为高电平，继电器K2线圈停电，其常闭接点K2-2闭合，发光二极管VD1接通，绿色点亮，启动发动机19、家用液化气报警器、20、一氧化碳检测器、21、矿灯气体报警器电路、气体报警器电路如图所示。 可以直接放在矿工的工作帽上，矿山电池为电源(4V )，气体传感器为QM-N5型，R1为传感器加热线圈的限流电阻。 传感器在每次使用前预热10分钟以上，为了避免传感器预热期间发生误警报，传感器电路没有与矿物质开关电路连接。 矿工每天下班后，把矿山电池交给电气室充电，充电时传感器处于预热状态。 工人们下井之前不用去充电室暖机。 22、火灾烟雾报警器电路#109是烧结型SnO2气体探测器，对烟也很敏感，所以使用它的火灾烟雾报警器可以在火灾发生前或开始时进行报警。 电路中有双重警报装置，当烟和可燃性气体达到规定的警报浓度时，气体感应器的阻力减少，使v3 on，蜂鸣器发出警报，另外，在火灾发生初期，由于环境温度异常上升，所以启动热传感器，使蜂鸣器鸣响。 23，2 .二氧化钛的氧浓度传感器(TiO2)对氧非常敏感。 其电阻值的大小取决于周围环境的氧浓度。 周围的氧浓度大的情况下，氧原子进入二氧化钛的晶格，改变半导体的电阻率，增大电阻值。24、TiO2氧浓度传感器结构和测定转换电路、a )结构b )测定转换电路、1-壳体(接地)2-安装螺栓3-铁丝4-保护管5-补偿电阻6-陶瓷片7-TiO2氧电阻8-入口9-销、25、氧浓度传感器外形(汽车废气相对湿度达到100%时称为饱和状态。湿度，绝对湿度：大气中水蒸气的密度，即每立方米大气中含有的水蒸气的质量(克数)，相对湿度：大气中有水蒸气压和当时温度饱和的水蒸气压的百分比，湿度是空气和其他气体中存在的水蒸气。 水蒸气是水的气体形式，和其他气体一样透明。 在我们周围的环境中，约有1%的气体是水蒸气，27、高温的水使水蒸气蒸发。 同样，水在低温下也会放出水蒸气。 在一定的温度下，水的表面和冰的表面总是存在蒸发现象。 相反，凝结也同样存在。 蒸发和凝结速度一致时，该系统达到了动态平衡状态。 空气和其他气体有吸收水蒸气的能力，该能力主要受温度的影响。 一般来说，温度越高，吸收水蒸气的能力越强。 在某个温度下，气体中含有的水蒸气量最多的时候称为“饱和”。 饱和状态，28，湿球湿式测定的维护很简单，在实际使用中，定期用湿球换水和湿球纱布即可。 与电子式湿度传感器相比，干湿球测定湿式法不会发生劣化、精度降低等问题。 因此，干湿球的测定方法适合在高温和严酷的环境下使用。 现代湿度测量方案有两种：干湿球测量湿式、电子式湿度传感器测量湿式。 电子式湿度传感器在近几十年尤其是近20年发展迅速。 湿度传感器制造商在产品出厂前用标准湿度发生器逐一测量，电子式湿度传感器的精度可达到2%13%RH。 因为湿度传感器采用了半导体技术，所以对使用的环境温度有要求，超过的使用温度会对传感器造成损害。 29、电子式湿度检测动画演示，30、1 .水蒸气的凝结给仪器设备带来各种各样的危害，在热工设备中热量局部不均匀，电子式湿度传感器使用事项：31、2 .湿度对电子部件的影响，物体表面附着水膜，降低渗透到材料内部的绝缘强度，引起漏电、破坏、短路现象3、湿度对人体的影响，秋冬空气干燥，人容易燃烧，皮肤容易干燥的夏天雷雨前空气潮湿，人觉得呼吸不好等。 32、湿式变阻器的外形图，湿式变阻器的工作过程：水分子容易吸附在固体表面渗透到固体内部半导体的电阻值降低的话，就可以用多孔质陶瓷、氧化铝等吸湿材料制作湿式变阻器。 33、湿敏电阻体的外形构造图，34、降低温度时会发生结露现象。 使用：露点温度：冷却气体等，水蒸气凝结成为露出的温度，测量露点的设备、35、露点传感器、36、电子湿度计模块、封装外形、37、电子式温湿度计、38、机械式、电子式温湿度计的比较、39、陶瓷湿度传感器的特性曲线那个电阻率的变化有几位数左右？ 40、电子相对湿度计的标定器，干湿球湿度计的外形和原理，干球、湿球、41、使用干湿球湿度计测相对湿度的原理，前页中，用湿棉球包左侧玻璃温度计(湿球)浸渍水槽。 湿棉球由于水分蒸发，其温度低于室温，湿球的显示值低于干球。 查一下对应的湿度计，就知道空气的相对湿度。 干湿球湿度计的历史很长，但现在经常用作电子相对湿度计的标定器。风、水槽、棉球、玻璃醇温度计，42、空气中水蒸气量不饱和，湿球表面不断蒸发水蒸气，吸收汽化热，湿球的温度低于干球的温度。 空气越干燥(即湿度越低)，蒸发越快，不断地吸收气化热，使湿球所示的温度下降，与干球的差变大。相反，空气中的水蒸气量达到饱和状态时，水不蒸发，气化热也不被吸收，湿球和干球所示的温度相等。 使用时，把湿度计放在离地面1.21