第14章 气敏传感器

1、第14章 气敏传感器 第十四章第十四章 气敏（体）传感器气敏（体）传感器 第14章 气敏传感器 14.1 概述概述 气敏传感器是用来检测气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分气体类别、浓度和成分的传感器。的传感器。 传感器必须满足下列条件：传感器必须满足下列条件：(1)能够检测爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓能够检测爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度相其它基准设定浓度并能及时结出报警、显示和控度相其它基准设定浓度并能及时结出报警、显示和控制信号；制信号；(2)对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；(3)性能长期稳定性好；性能长期稳定性好；(4)响

2、应迅速、重复性好，响应迅速、重复性好，(5)维护方便、价格便宜等。维护方便、价格便宜等。第14章 气敏传感器 气体传感器的分类气体传感器的分类 气体传感器从气体传感器从结构结构上区别可分为两大类：上区别可分为两大类：（1）干式气体传感器）干式气体传感器（2）湿式气体传感器。）湿式气体传感器。 凡构成气体传感器的凡构成气体传感器的材料为固体者材料为固体者均称为均称为干式气体传感器干式气体传感器； 凡凡利用水溶液或电解液感知待测气体利用水溶液或电解液感知待测气体的称为的称为湿式气体传感器湿式气体传感器。第14章 气敏传感器 第14章 气敏传感器 气体传感器的应用气体传感器的应用一一.在家庭中的应用

3、在家庭中的应用二二. 在汽车中的应用在汽车中的应用三三. 在工业中的应用在工业中的应用四四.在检测大气污染方面的应用在检测大气污染方面的应用五五.在医疗方面的应用在医疗方面的应用六六.在煤矿方面的应用在煤矿方面的应用第14章 气敏传感器 一一. 在家庭中的应用在家庭中的应用 1. 可燃气体泄漏报警器可燃气体泄漏报警器 防止家庭常用燃料气体，煤气防止家庭常用燃料气体，煤气(H2、CO等等)、天燃气、天燃气(CH4) 、液化石油气、液化石油气(C3H8 、C4H10等等 )以及以及CO等气体泄漏引等气体泄漏引起中毒、燃烧或爆炸，应用气敏元件配上适当电路制成报警起中毒、燃烧或爆炸，应用气敏元件配上适

4、当电路制成报警器。器。 2. 自动换气控制器自动换气控制器 将室内、厨房等处用的换气装置与气体报警器组合起将室内、厨房等处用的换气装置与气体报警器组合起来来,制成自动换气装置。制成自动换气装置。第14章 气敏传感器 二二.在汽车中的应用在汽车中的应用 汽车是传感器应用的一个重要领域汽车是传感器应用的一个重要领域,为节能、防止为节能、防止污染和有一个良好的运输环境污染和有一个良好的运输环境,需要各种传感器：需要各种传感器： 如控制空燃比如控制空燃比,需用需用O2传感器；传感器； 控制污染控制污染,检测排放气体检测排放气体,需用需用CO、NOX、HC化化合物、合物、O2 等传感器；等传感器； 内部

5、空调需要内部空调需要CO、烟、温度等传感器、烟、温度等传感器 第14章 气敏传感器 三三. 在工业中的应用在工业中的应用 如在铁如在铁,铜冶炼过程中常使用铜冶炼过程中常使用O2传感器；传感器； 在半导体工业在半导体工业,在掺杂时使用多种毒性气体在掺杂时使用多种毒性气体,常常用多种气体传感器；用多种气体传感器； 食品工业食品工业,常用常用O2等传感器。等传感器。第14章 气敏传感器 其他应用其他应用 四四.在检测大气污染方面的应用在检测大气污染方面的应用污染气体有污染气体有:SO2,NOX ,CO 等等五五.在医疗方面的应用在医疗方面的应用测血液中所含的测血液中所含的CO和和O 2 分压分压六六

6、.在煤矿方面的应用在煤矿方面的应用除除CH4,还有还有CO、H2S、O2等气体含氧量检测等气体含氧量检测第14章 气敏传感器 按构成气敏传感器材料可分为按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体半导体和非半导体两大类。目两大类。目前前使用最多的是使用最多的是半导体气半导体气敏传感器敏传感器。 14.2 半导体气体传感器半导体气体传感器 按照按照半导体半导体变化的物理特性，又可分为变化的物理特性，又可分为电阻型电阻型和和非电阻型非电阻型。 电阻型半导体气敏元件电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时，其是利用敏感材料接触气体时，其阻值阻值变化变化来检测气体的成分或浓度；来检测气体的成分或浓度

7、； 非电阻型半导体气敏元件非电阻型半导体气敏元件是利用其它参数，如二极管伏安特是利用其它参数，如二极管伏安特性和场效应晶体管的性和场效应晶体管的阈阈值电压变化值电压变化来检测被测气体的。来检测被测气体的。第14章 气敏传感器 半导体气体传感器的分类半导体气体传感器的分类第14章 气敏传感器 一、一、气敏元件的气体选择性气敏元件的气体选择性 气敏元件在相同测试条件下，接触同一气敏元件在相同测试条件下，接触同一浓度、不同种类气体时，其敏感量（浓度、不同种类气体时，其敏感量（如如电阻电阻）的相对变化。）的相对变化。第14章 气敏传感器 半导体气体传感器的气敏材料对半导体气体传感器的气敏材料对气体的选

8、择性气体的选择性表明该材表明该材料主要对那种气体敏感。料主要对那种气体敏感。金属氧化物半导体对各种气体敏金属氧化物半导体对各种气体敏感的灵敏度几乎相同。感的灵敏度几乎相同。因此，制造出气体选择性好的元件因此，制造出气体选择性好的元件很不容易，其选择性能不好或使用时逐渐变坏，都会给气很不容易，其选择性能不好或使用时逐渐变坏，都会给气体测试、控制带来很大影响。体测试、控制带来很大影响。改善气敏元件的气体选择性常用的方法改善气敏元件的气体选择性常用的方法：(1)向气敏材料掺杂其他金属氧化物或其他添加物向气敏材料掺杂其他金属氧化物或其他添加物(2)控制元件的烧结温度；控制元件的烧结温度；(3)改变元件

9、工作时的加热温度。改变元件工作时的加热温度。 以上三种方法只有在实验的基础上进行不同的组合应以上三种方法只有在实验的基础上进行不同的组合应用，才能获得较为理想的气敏选择性。用，才能获得较为理想的气敏选择性。第14章 气敏传感器 二、气体浓度特性二、气体浓度特性 传感器的气体浓度特性表示传感器的气体浓度特性表示传感器输出传感器输出与与被测气体浓度被测气体浓度之间的确定关系。之间的确定关系。第14章 气敏传感器 初始稳定状态初始稳定状态 气敏传感器按设计规定的电压值使气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝加热丝通电加热之后，敏通电加热之后，敏感元件电阻值首先是急剧地下降，一般约经感元件电阻值首先是急

10、剧地下降，一般约经2一一10分钟过渡分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状态，称这一状态为过程后达到稳定的电阻值输出状态，称这一状态为“初始稳初始稳定状态定状态”。 达到初始稳定状态的时间及输出电阻值，除与元件材料有关达到初始稳定状态的时间及输出电阻值，除与元件材料有关外，还与元件所处大气环境条件有关。外，还与元件所处大气环境条件有关。达到初始稳定状态以达到初始稳定状态以后的敏感元件才能用于气体检测。后的敏感元件才能用于气体检测。三、初始稳定、气敏响应和复原特性三、初始稳定、气敏响应和复原特性第14章 气敏传感器 无论哪种类型无论哪种类型(薄膜、厚膜、集成片或陶瓷薄膜、厚膜、集成片或陶瓷)的气敏

11、元件，的气敏元件，其内其内部均有加热电阻丝。部均有加热电阻丝。 加热电阻丝的作用：加热电阻丝的作用：（1）一方面用作烧灼元件表面油垢或污物）一方面用作烧灼元件表面油垢或污物（2）另一方面可起加速被测气体的吸、脱过程的作用。）另一方面可起加速被测气体的吸、脱过程的作用。 注：加热温度一般为注：加热温度一般为200-400第14章 气敏传感器 当加热的气敏元件表面接触并吸附被测气体当加热的气敏元件表面接触并吸附被测气体时，首先是被吸附的分子在表面自由扩散时，首先是被吸附的分子在表面自由扩散(称称为物理性吸附为物理性吸附)而失去动能，这期间，而失去动能，这期间，部分部分分子被蒸发掉，剩下的一部分则因

12、热分解而固分子被蒸发掉，剩下的一部分则因热分解而固定在吸附位置上定在吸附位置上(称为化学性吸附称为化学性吸附)。气敏响应气敏响应(工作原理）工作原理）第14章 气敏传感器 阴离子吸附阴离子吸附 若元件材料的功函数比被吸气体分子的电子若元件材料的功函数比被吸气体分子的电子亲和力小时，则被吸气体分子就会从元件表亲和力小时，则被吸气体分子就会从元件表面夺取电子而以阴离子形式吸附。面夺取电子而以阴离子形式吸附。 具有这种性质的气体称为氧化性气体，例如，具有这种性质的气体称为氧化性气体，例如，O2，NOx等。等。第14章 气敏传感器 阳离子吸附阳离子吸附 若气敏元件材料的功函数大于被吸附气体的离若气敏元

13、件材料的功函数大于被吸附气体的离子化能量，被吸气体将把电子给予元件而以阳子化能量，被吸气体将把电子给予元件而以阳离子形式吸附。离子形式吸附。 具有阳离子吸附性质的气体称为还原性气体具有阳离子吸附性质的气体称为还原性气体,如如H2，CO和乙醇等。和乙醇等。第14章 气敏传感器 氧化性气体吸附于氧化性气体吸附于n型半导体型半导体或或还原性气吸附还原性气吸附于于P型半导体型半导体敏感材料，都会使敏感材料，都会使载流子数目减载流子数目减少少而表现出而表现出元件电阻值增加元件电阻值增加的特性；的特性； 相反，相反，还原性气体吸附于还原性气体吸附于n型型，氧化性气体吸氧化性气体吸附于附于P型半导体型半导体

14、气敏材料都会使气敏材料都会使载流子数目增载流子数目增加加而表现出而表现出元件电阻值减少元件电阻值减少的特性。的特性。第14章 气敏传感器 n型型半导体吸附气体时器件阻值变化图半导体吸附气体时器件阻值变化图 第14章 气敏传感器 复原特性复原特性 测试完毕，把传感器置于大气环境中，其测试完毕，把传感器置于大气环境中，其阻值复原到保存状态的数值速度称为元件阻值复原到保存状态的数值速度称为元件的复原特性。的复原特性。第14章 气敏传感器 四、灵敏度的提高与稳定改善四、灵敏度的提高与稳定改善 气体传感器气体传感器(或气敏元件或气敏元件)对被测气体敏感程度的特性称为传感器对被测气体敏感程度的特性称为传感

15、器的灵敏度。的灵敏度。 改善方法：改善方法： 目前，一般利用金属或金属氧化物元件材料的目前，一般利用金属或金属氧化物元件材料的催化作用催化作用来提来提高传感器的灵敏度。高传感器的灵敏度。(1)最有代表性的催化剂有最有代表性的催化剂有Pd(钯钯)，Pt（铂）等白金系催化物；（铂）等白金系催化物；(2)Cr能够促进乙醇分解；能够促进乙醇分解；(3)Mo、W等能促进等能促进H2、CO、N2、O2的吸附与反应速度；的吸附与反应速度；(4) MgO、PbO、CdO（氧化镉）等掺加物也能加速被测气体的（氧化镉）等掺加物也能加速被测气体的吸附或解吸的反应速度。吸附或解吸的反应速度。第14章 气敏传感器 按照

16、半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型表面控制型和体控制型。 表面控制型：表面控制型：半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使受，结果使半导体的电导率等物理性质半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组发生变化，但内部化学组成不变；成不变；多数以可燃性气体为检测对象多数以可燃性气体为检测对象； 体控制型：体控制型：半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化，而使电导

17、率变化。化，而使电导率变化。第14章 气敏传感器 材料材料 传感器的材料多数采用氧化锡和氧化锌传感器的材料多数采用氧化锡和氧化锌等较难还原的氧化物，也有研究用有机等较难还原的氧化物，也有研究用有机半导体材料的。这类传感器一般均掺有半导体材料的。这类传感器一般均掺有少量的贵重金属少量的贵重金属(如如Pt等等)作为激活剂。作为激活剂。表面控制型电阻式传感器表面控制型电阻式传感器第14章 气敏传感器 氧化锡类传感器氧化锡类传感器 氧化锡是典型的氧化锡是典型的n型半导体型半导体，是气敏传感器的，是气敏传感器的最佳材料。其检测对象为最佳材料。其检测对象为CH4、C2H8、CO、H2、C2H5OH、H2S

18、等可燃性气体和呼出气体中的酒等可燃性气体和呼出气体中的酒精、精、NOx等。等。 气体检测灵敏度随气体的种类、工作温度、激气体检测灵敏度随气体的种类、工作温度、激活剂等的不同而差异很大活剂等的不同而差异很大 ； 氧化锡类传感器中，研究得较多的是烧结体、氧化锡类传感器中，研究得较多的是烧结体、薄膜、厚膜等型式的敏感元件。薄膜、厚膜等型式的敏感元件。第14章 气敏传感器 添加贵金属的氧化锡敏感元件的气体检测灵敏度添加贵金属的氧化锡敏感元件的气体检测灵敏度最高值及其温度最高值及其温度第14章 气敏传感器 体控制型电阻式传感器体控制型电阻式传感器 在采用反应性强容易还原的氧化物作为材料在采用反应性强容易

19、还原的氧化物作为材料的传感器中，即使是在温度较低的条件下，也的传感器中，即使是在温度较低的条件下，也可因可燃性气体而可因可燃性气体而改变其体内的结构组成改变其体内的结构组成(晶体晶体缺陷缺陷)，并使敏感元件的阻值发生变化，并使敏感元件的阻值发生变化。即使是。即使是难还原的氧化物，在反应性强的高温范围内，难还原的氧化物，在反应性强的高温范围内，其体内的晶格缺陷也会受影响。其体内的晶格缺陷也会受影响。第14章 气敏传感器 一、三氧化二铁类传感器一、三氧化二铁类传感器 这是以这是以一三氧化二铁为主体的多孔质烧结体一三氧化二铁为主体的多孔质烧结体传感器。传感器。 将它作为检测将它作为检测丙烷丙烷用的传

20、感器时，显示出良用的传感器时，显示出良好的性质。好的性质。 提高气体检测灵敏度的方法：提高气体检测灵敏度的方法： 通过晶枝的微细化和提高孔隙率通过晶枝的微细化和提高孔隙率 在调制敏感元件时注入在调制敏感元件时注入SO42-离子离子第14章 气敏传感器 二、钙铁矿类传感器二、钙铁矿类传感器 一般来讲，钙铁矿一般来讲，钙铁矿类氧化物的热稳定类氧化物的热稳定性很好用它作为性很好用它作为燃烧控制用传感器燃烧控制用传感器的材料，也是很吸的材料，也是很吸引人的。引人的。 钙铁矿类氧化物，钙铁矿类氧化物，在还原性气氛中一在还原性气氛中一般不太稳定，有待般不太稳定，有待在此方面作出进一在此方面作出进一步的改进

21、后，方能步的改进后，方能应用于燃烧控制。应用于燃烧控制。第14章 气敏传感器 三、燃烧控制用的传感器三、燃烧控制用的传感器 TiO2类类 以以p型氧化钴半导体为主要材型氧化钴半导体为主要材料，并掺加氧化镁作稳定剂，料，并掺加氧化镁作稳定剂，制制CoO1-xMgxO(xo5)的敏的敏感元件，其特性非常好，如感元件，其特性非常好，如图所示；而且在贫气区域的图所示；而且在贫气区域的控制性能也很好。这是因为控制性能也很好。这是因为添加了氧化镁，使得氧化钴添加了氧化镁，使得氧化钴的抗还原稳定性得到增强的的抗还原稳定性得到增强的缘故。缘故。第14章 气敏传感器 非电阻式半导体气体传感器非电阻式半导体气体传

22、感器一、二极管传感器一、二极管传感器二、二、MOS二极管传感器二极管传感器三、三、MOS场效应晶体管传感器场效应晶体管传感器第14章 气敏传感器 一、二极管传感器一、二极管传感器 如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气体又如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气体又对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则其整流特其整流特性就会变化。性就会变化。 在掺铜的硫化镉上，薄薄地蒸发一层钯膜的钯硫化镉二极管在掺铜的硫化镉上，薄薄地蒸发一层钯膜的钯硫化镉二极管传感器，可用来传感器，可用来检测氢气检测氢气。 钯氧化钛、钯氧化锌、铂钯氧

23、化钛、钯氧化锌、铂氧化钛之类氧化钛之类的二极管敏感元件的二极管敏感元件亦可应用于亦可应用于氢气检测氢气检测。第14章 气敏传感器 在氢气浓度急剧增高的同在氢气浓度急剧增高的同时，正向偏置条件下的电时，正向偏置条件下的电流也急剧增大。所以在一流也急剧增大。所以在一定的偏压下，定的偏压下，通过测电流通过测电流值就能知道氢气的浓度值就能知道氢气的浓度。 电流值之所以增大，是因电流值之所以增大，是因为吸附在钯表面的氧气由为吸附在钯表面的氧气由于氢气浓度的增高而解吸，于氢气浓度的增高而解吸，从而使肖特基势垒层降低从而使肖特基势垒层降低的缘故。的缘故。氢气对钯氧化钛二极管整流特性的影响氢气对钯氧化钛二极管

24、整流特性的影响第14章 气敏传感器 钯钯MOS二极管敏感元件二极管敏感元件 利用其电容一电压利用其电容一电压(CV)特性可检测气体特性可检测气体 这种敏感元件以钯、这种敏感元件以钯、铂等金属来制薄膜铂等金属来制薄膜(厚厚0.05-0.02m，二氧化，二氧化硅 层 厚 度 为硅 层 厚 度 为 0 . 0 5 -0.1m) 二、二、MOS二极管传感器二极管传感器第14章 气敏传感器 钯钯MOS二极管敏感元件的二极管敏感元件的C-V特性特性 同在空气中相比，同在空气中相比，CV特性在氢气中有明显地有特性在氢气中有明显地有变化变化（MOS管的管的CV 特性向负偏压方向平移），特性向负偏压方向平移），

25、这是因为在无偏置的情况下钯的功函数在氢气中低这是因为在无偏置的情况下钯的功函数在氢气中低的原因。的原因。第14章 气敏传感器 三、三、MOS场效应晶体管传感器场效应晶体管传感器 是一种二氧化硅层做得比普通的是一种二氧化硅层做得比普通的MOS场效应晶体管薄场效应晶体管薄0.01m、而且、而且金属栅采用钯薄膜金属栅采用钯薄膜0.01m的钯一的钯一MOS场效应晶体管。其漏极电流场效应晶体管。其漏极电流ID由栅压控制。将栅极与漏极短路，由栅压控制。将栅极与漏极短路，在源极与漏极之间加电压，在源极与漏极之间加电压， ID可由可由下式表示；下式表示； ID (UG-UT)2 (是常数是常数) 式中，式中，

26、 UT 是是ID流过时的最小临界流过时的最小临界电压值电压值第14章 气敏传感器 在钯一在钯一MOS场效应管中场效应管中,UT会随空气中所含氢会随空气中所含氢气浓度的增高而降低。气浓度的增高而降低。所以可以利用这一特性所以可以利用这一特性来检测氢气。钯来检测氢气。钯MOS场效应管传感器，不仅可场效应管传感器，不仅可以检测氢气，而且还能检测氨等容易分解出氢以检测氢气，而且还能检测氨等容易分解出氢气的气体。为了获得快速的气体响应特性，有气的气体。为了获得快速的气体响应特性，有必要使其工作在必要使其工作在120至至150左右的温度范围左右的温度范围内，不过，使用硅半导体的传感器，还存在着内，不过，使

27、用硅半导体的传感器，还存在着长期稳定性较差的问题，有待今后解决。长期稳定性较差的问题，有待今后解决。第14章 气敏传感器 气体传感器的各种检测对象及应用场所气体传感器的各种检测对象及应用场所第14章 气敏传感器 14.3 红外吸收式气敏传感器红外吸收式气敏传感器 电容麦克型红外吸收式气敏传感器结构图电容麦克型红外吸收式气敏传感器结构图它包括两个构造形式完全它包括两个构造形式完全相同的光学系统：其中一相同的光学系统：其中一个红外光入射到比较槽，个红外光入射到比较槽，槽内密封着某种气体；另槽内密封着某种气体；另一个红外光入射到测量槽，一个红外光入射到测量槽，槽内通入校测气体。槽内通入校测气体。两个

28、光学系统的光源同时两个光学系统的光源同时(或交替地或交替地)以固定周期开以固定周期开闭。闭。第14章 气敏传感器 当测量槽的红外光照射到某种被测气体时，根据气体种当测量槽的红外光照射到某种被测气体时，根据气体种类的不同，将对不同波长的红外光具有不同的吸收特性。类的不同，将对不同波长的红外光具有不同的吸收特性。同时，同种气体而浓度不同时，对红外光的吸收量也彼同时，同种气体而浓度不同时，对红外光的吸收量也彼此相异，因此，通过测量槽红外光光强变化就可知道被此相异，因此，通过测量槽红外光光强变化就可知道被测气体的种类和浓度。因为采用两个光学系统，所以检测气体的种类和浓度。因为采用两个光学系统，所以检出

29、槽内的光量差值将随被测气体种类不同而不同。同时，出槽内的光量差值将随被测气体种类不同而不同。同时，这个差值对于同种被测气体而言，也会随气体的浓度增这个差值对于同种被测气体而言，也会随气体的浓度增高而增加。由于两个光学系统以一定周期开闭，因此光高而增加。由于两个光学系统以一定周期开闭，因此光强差值以振幅形式输入到检测器。强差值以振幅形式输入到检测器。 检测器也是密封存有一定气体的容器。两种光量振幅的检测器也是密封存有一定气体的容器。两种光量振幅的周期性变化，被检测器内气体吸收后，可以变为温度的周期性变化，被检测器内气体吸收后，可以变为温度的周期性变化，而温度的周期性变化量终体现为竖隔薄膜周期性变

30、化，而温度的周期性变化量终体现为竖隔薄膜两侧的压力变化而以电容量的改变量输出至放大器。两侧的压力变化而以电容量的改变量输出至放大器。第14章 气敏传感器 一般将在空气中达到一定浓度、触及火种可引一般将在空气中达到一定浓度、触及火种可引起燃烧的气体称为起燃烧的气体称为可燃性气体可燃性气体。 引起爆炸浓度范围的最小值称为引起爆炸浓度范围的最小值称为爆炸下限爆炸下限；最；最大值称为大值称为爆炸上限爆炸上限。14.4 接触燃烧式气敏传感器接触燃烧式气敏传感器第14章 气敏传感器 典型气体的主要特性典型气体的主要特性第14章 气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器结构接触燃烧式气敏传感器结构 将白金等金属线圈

31、将白金等金属线圈埋设在氧化催化剂埋设在氧化催化剂中便构成接触燃烧中便构成接触燃烧式气敏传感器。式气敏传感器。第14章 气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器检测原理接触燃烧式气敏传感器检测原理 一般在金属线圈中通以电流，使之保持在一般在金属线圈中通以电流，使之保持在300一一600的高温状态当可燃性气体一旦与传感器表面接触，的高温状态当可燃性气体一旦与传感器表面接触，燃烧热进一步使金属丝温度升高而电阻值增大，其电燃烧热进一步使金属丝温度升高而电阻值增大，其电阻值增量为：阻值增量为：第14章 气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器电路原理接触燃烧式气敏传感器电路原理 F1是气敏元件；是气敏元件；F2是温是温

32、度补偿元件，度补偿元件，F1，F2均均为白金电阻丝。为白金电阻丝。 Fl，F2与与R3，R4组成惠组成惠斯登电桥，当不存在可斯登电桥，当不存在可燃性气体时，电桥处于燃性气体时，电桥处于平衡状态；当存在可燃平衡状态；当存在可燃性气体时，性气体时，F1的电阻产的电阻产生增量生增量R，电桥失去，电桥失去平衡，输出与可燃性气平衡，输出与可燃性气体特征参数体特征参数(如浓度如浓度)成成比例的电信号比例的电信号第14章 气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器的优缺点接触燃烧式气敏传感器的优缺点 优点优点: 对气体选择性好，线性好，受温度，湿度对气体选择性好，线性好，受温度，湿度影响小，响应快。影响小，响应快。

33、缺点：缺点： 对对低浓度可燃性气体灵敏度低低浓度可燃性气体灵敏度低，敏感元件，敏感元件受到催化剂侵害后其特性锐减，金属丝易受到催化剂侵害后其特性锐减，金属丝易断。断。第14章 气敏传感器 14.5 热导率变化式气体传感器热导率变化式气体传感器 每种气体都有固定的热导率，混合气体的热导率也可以每种气体都有固定的热导率，混合气体的热导率也可以近似求得。因为以空气为比较基准的校正比较容易实近似求得。因为以空气为比较基准的校正比较容易实现所以，现所以，用热导率变化法测气体浓度时，往往以空气用热导率变化法测气体浓度时，往往以空气为基准比较被测气体。为基准比较被测气体。 其中其中F1、F2可用不带催化剂的

34、白金线圈制作，也可用热可用不带催化剂的白金线圈制作，也可用热敏电阻。敏电阻。 F2内封入已知的比较气体，内封入已知的比较气体，Fl与外界相通，与外界相通，当被测气体当被测气体与其相接触时，由于热导率相异而使与其相接触时，由于热导率相异而使F1的温度变化，的温度变化，F1的阻值也发生相应的变化电桥失去平衡，电桥输出信的阻值也发生相应的变化电桥失去平衡，电桥输出信号的大小与极测气体种类或浓度有确定的关系。号的大小与极测气体种类或浓度有确定的关系。 热导率变化式气敏传感器因为热导率变化式气敏传感器因为不用催化剂不用催化剂，所以不存在，所以不存在催化剂影响而使特性变坏的问题，催化剂影响而使特性变坏的问

35、题，它除用于测量可燃性它除用于测量可燃性气体外也可用于无机气体及其浓度的测量。气体外也可用于无机气体及其浓度的测量。第14章 气敏传感器 一、热线式气敏传感器一、热线式气敏传感器 由于热线式的灵由于热线式的灵敏度较低，所以敏度较低，所以其输出信号小。其输出信号小。这种传感器多与这种传感器多与于油船或液态天于油船或液态天然气运输船。然气运输船。第14章 气敏传感器 二、热敏电阻气体传感器二、热敏电阻气体传感器 这种气敏传感器用热敏电这种气敏传感器用热敏电阻作电桥的两个臂组成惠阻作电桥的两个臂组成惠斯登电桥。当热敏电阻通斯登电桥。当热敏电阻通以以10mA的电流加热到的电流加热到150一一200时，时，F1一旦接触到一旦接触到甲烷等可燃性气体，由于甲烷等可燃性气体，由于热导率不同而产生温度变热导率不同而产生温度变化，而产生电阻值变化使化，而产生电阻值变化使电桥失去平衡，电桥输出电桥失去平衡，电桥输出的大小反映气体的种类或的大小反映气体的种类或浓度。浓度。第14章 气敏传感器 1