模块7环境量检测

模块7环境量检测主要内容：单元1半导体式温度检测单元2湿敏电阻式湿度检测单元3气敏电阻式气体浓度检测环境监测是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。

温湿度的检测与控制在现代科研、生产、生活中的地位越来越重要。如储物仓库在温湿度超过某一程度时，物品易发生变质或霉变现象；居室的温湿度希望适中；农业生产中的温室育苗、食用菌培养、水果保鲜等都需要对湿度进行检测和控制。气体浓度检测则广泛应用于燃气、石油、化工、冶金等存在易燃、易爆、毒性气体的危险场所。同时，在环境保护、家用电器、消防、农业生产和安全生产等方面得到广泛的应用。模块7环境量检测

【引导语】

1．环境温湿度的概念环境温度是表示环境（大气）冷热程度的物理量。相对于工业温度，环境温度范围要小得多。对于仪器设备来说，适宜的环境温度是保障其正常工作，延长使用寿命的重要因素。人类、动植物的正常生存也需合适的环境温度。环境湿度可分为绝对湿度、相对湿度和露点湿度三种基本形式。绝对湿度是指一定大小的空间中水蒸气的绝对含量，用kg/m3表示；相对湿度则为大气中实际水汽压与当时温度下的饱和水汽压之比的百分数，常用%RH表示；露点湿度是表示空气中水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度。绝对湿度给出了水分在空间中的具体含量，相对湿度则给出了空气的潮湿程度。模块7环境量检测

【背景知识】

2．气体浓度的概念环境大气（空气）中某种气体物浓度的表示方法有两种：质量浓度表示法，即每立方米空气中所含特定气体的质量数（单位：mg/m3），用M表示；体积浓度表示法，即一百万体积的空气中所含特定气体的体积数（单位：ppm），用V表示。质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关，其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同；实际测量时需要同时测定气体的温度和大气压力。体积浓度V与质量浓度M的换算关系如下：M=（W/22.4）•V•[273/（273+t）]•（P/101325）式中：W—气体分子量；t—气体温度（℃）；P—气体压力（Pa）。模块7环境量检测

【背景知识】

单元1半导体式温度检测

【问题引入】

环境温度是表示环境冷热程度的物理量，与我们的日常生活关系密切相关。如，体温检测是判定人体健康状况的重要依据。（a）电子体温计（b）红外线额温枪c）红外线耳温枪（d）医用红外热像仪医疗领域中应用的体温计及热成像仪单元1半导体式温度检测

【问题分析】

1．半导体温度检测的传感器类型（1）热敏电阻热敏电阻是利用半导体电阻与温度存在着某种关系的一种新型半导体测温元件，它主要具有以下特点：①灵敏度较高，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；③体积小；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。单元1半导体式温度检测

【问题分析】

1．半导体温度检测的传感器类型热敏电阻单元1半导体式温度检测

【问题分析】

1．半导体温度检测的传感器类型（2）PN结温度传感器PN结温度传感器是利用PN结的伏安特性与温度之间的关系研制成的一种固态传感器。其测量温度范围-50~+150℃，它们具有体积小、测温准确、操作方便等特点，广泛应用于化工、制药、冷藏、供暖和粮食储藏等领域。（3）集成温度传感器集成温度传感器把温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上，它可实现传感器智能化、微型化、多功能化，其测量温度范围-50~+150℃，也被作为各种数字温度计的测温元件。单元1半导体式温度检测

【问题分析】

1．半导体温度检测的传感器类型PN结温度传感器集成温度传感器单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（1）温度测量热敏电阻LCD热敏电阻温度面板表单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（1）温度测量双桥温差测量电路单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（1）温度测量热敏电阻体温表单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（1）温度测量CPU温度测量单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（2）温度补偿热敏电阻温度补偿温度补偿原理图单元1半导体式温度检测

【问题分析】

2．热敏电阻的应用（3）工业控制自断电电热水壶温控电路RQ—开关型热敏电阻；LSE—负载传感器；J—继电器开关型热敏电阻继电输出型温控开关单元1半导体式温度检测

【问题分析】

3．PN结温度传感器的应用电路（1）热敏二极管温度传感器的应用电路在-40～100℃范围内，半导体二极管正向电压与温度的关系为线性关系。采用硅二极管温度传感器的测温电路单元1半导体式温度检测

【问题分析】

（2）热敏三极管温度传感器的应用电路NPN型热敏三极管在集电极电流Ic恒定时，利用基极-发射极间电压Ube的温度特性，可把温度变化转换成电压变化。热敏三极管温度传感器测温电路单元1半导体式温度检测

【问题分析】

（3）热敏晶闸管温度传感器的应用电路NPN型热敏三极管在集电极电流Ic恒定时，利用基极-发射极间电压Ube的温度特性，可把温度变化转换成电压变化。采用热敏晶闸管温度传感器的温度控制电路单元1半导体式温度检测

【问题分析】

4．集成温度传感器采用硅半导体集成工艺而制成，即将温敏元件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。其工作温度范围约在-50～150℃。集成温度传感器的主要优点是测温误差小、价格低、响应速度快、使用方便、性能稳定可靠、体积小、功耗低、外围电路简单等；不足之处是测温范围小，使用环境有一定的局限性。适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型、电压输出型和数字（或频率）信号输出型。单元1半导体式温度检测

【问题分析】

4．集成温度传感器AD590封装及实物DS18B20引脚定义单元1半导体式温度检测

【知识链接】

1．热敏电阻的分类（1）按温度特性分NTC：具有负温度系数，阻值随温度升高而下降，一般－50～300℃；PTC：具有正温度系数，阻值随温度升高而升高；CTR：具有临界温度系数，温度变化具有突变性。（2）按工作温度范围分类常温热敏电阻（-55～+315℃）高温热敏电阻（>315℃）低温热敏电阻（<315℃）三类。单元1半导体式温度检测

【知识链接】

（3）按外形结构形式分类热敏电阻按外形结构形式可分为体型、薄膜型、厚薄型三种。热敏电阻可根据使用要求封装加工成各种形状的探头，如珠状、片状及杆状、锥状、针状等。几种常用的热敏电阻型号及其主要参数型号主要用途主要电参数电阻体形状及形式25℃标称阻值(kΩ)额定功率(W)时间常数(s)MF-11温度补偿0.01～150.5≤60片状、直热MF-13测温、控温0.82～3000.25≤85杆状、直热MF-16温度补偿10～10000.5≤115杆状、直热RRC2测温、控温6.8～10000.4≤20杆状、直热RRC7B测温、控温3～1000.03≤0.5珠状、直热RRW2稳定振幅6.8～5000.03≤0.5珠状、直热单元1半导体式温度检测

【知识链接】

（4）其他分类热敏电阻还可按工作方式分为直热式、旁热式、延迟电路三种；按使用的材料分为陶瓷、塑料：金刚石、单晶、非晶热敏电阻等。各种热敏电阻的典型特性热敏电阻的结构外形及符号1-热敏电阻；2-玻璃外壳；3-引出线单元1半导体式温度检测

【知识链接】

2．PN结温度传感器的工作原理PN结温度传感器是利用PN结的伏安特性与温度之间的关系研制成的一种固态传感器。PN结的伏安特性可用下式表示：式中：U为PN结正向压降；I为PN结正向电流；Is为PN结反向饱和电流；q为电子电荷量；T为绝对温度；k为玻耳兹曼常数。PN结典型温度特性曲线单元1半导体式温度检测

【应用案例】

【案例1】谷物温度测量仪测量仪由探针、电桥及电源组成。热敏电阻装在探针的头部，由铜保护帽将被测谷物的温度传给热敏电阻，为保证测量的精度，在探针的头部还装有绝热套。热敏电阻通过引线和插接件与测温直流电桥进行电路连接。谷物温度测量仪结构谷物温度测量仪电路单元1半导体式温度检测

【应用案例】

【案例2】采用开关二极管的数显温度计

VD与R1、R2、RP1组成测温电桥，电桥输出信号接差动放大器A2，经放大后的信号输入0～±2.000V数字式电压表显示。放大后的灵敏度为10mV/℃。采用开关二极管1N4148作为测温传感器的数显温度计电路单元1半导体式温度检测

【实践项目】

LabVIEW虚拟仪器室内温度检测1．项目要求熟悉实现室内温度检测的工作原理，完成室内温度检测LabVIEW虚拟仪器的的硬件连线、运行工作，并能够进行简单调试。2．设备与工具安装了LabVIEW8.5虚拟仪器软件平台的普通电脑1台、数据采集卡1只、LM35模拟线性温度传感器模块1个、普通室内温度计一个、5伏直流电源1台；杜帮导线若干。单元1半导体式温度检测

【实践项目】

3．项目内容室内温度检测传感器模块选用奥松机器人公司的LM35模拟线性温度传感器模块。产品尺寸：长32mm×宽11mm×高10mm；工作电压：直流4～30V；工作电流：小于133μA；输出电压：+6V～-1.0V；精度：0.5℃精度（在+25℃时）；额定使用温度范围：-55～+150℃；非线性值：±1/4℃；引脚说明：电源负“-”；电源正“+”；信号输出“S”。LM35模拟线性温度传感器功能信号输出电源正VCC电源负AGND单元1半导体式温度检测

【实践项目】

4．操作步骤（1）硬件连线将LM35模拟线性温度传感器模块的“+”、“-”和S端口接至采集卡的+5V、AGND和模拟输入通道0（AI0），采集卡与计算机USB接口相连。虚拟仪器室内温度检测的程序框图单元1半导体式温度检测

【实践项目】

（2）运行①打开事先设计完成的“虚拟仪器室内温度检测”的LabVIEW文件。②在前面板上点击工具栏运行按钮运行程序，观察前面板的温度仪表显示和温度数字显示是否有变化？然后，点击温度测量开关，再观察前面板的温度仪表显示和温度数字显示是否有变化？为什么？（3）调试检测的室内温度与水银温度计看看有什么不同。用手捂住LM35模拟线性温度传感器模块的LM35集成温度传感器看看温度是否变化。单元1半导体式温度检测

【拓展提高】

集成温度传感器简介1．电流输出型集成温度传感器电流输出型与电源负载串联，不受电源电压和导线电阻的影响，因此可以远距离传送。常用的电流输出型集成温度传感器有AD590和LMl34／SLl34系列集成温度传感器。AD590的输出特性AD590的外形、电路符号及基本电路图单元1半导体式温度检测

【拓展提高】

2．电压输出型集成温度传感器常用的有LM35/45系列、LM135系列、μPC616。LM35集成温度传感器常温下测温精度为±0.5℃以内，最大消耗电流70μA。采用4V以上的单电源供电，不需要外接任何元件及调整，即可构成摄氏温度计，测温范围为2～150℃。LM35/45系列温度传感器单元2湿敏电阻式湿度检测

【问题引入】

人体比较适宜的湿度在30%~65%RH，当湿度过低时，人的皮肤会感觉不舒服，甚至口干舌燥，嘴唇干裂，有害身体健康；湿度过高时，人会感到胸闷，呼吸急促，高温潮湿时会感到湿热难耐。为此，一些智能空调采用更加人性化的设计，例如增设空气湿度传感器，开机时自动检测室内湿度，当湿度过低，空调的出风将转化为水雾喷出，给空间增湿，可让室内干燥空气湿润；如果检测到湿度过高，则启动除湿功能，保持室内湿度处于适宜状态，增强人的舒适感。单元2湿敏电阻式湿度检测

【问题分析】

检测湿度的手段很多，如毛发湿度计、干湿球湿度计、石英振动式湿度计、微波湿度计、电容湿度计、电阻湿度计等。毛发湿度计干湿球湿度计微波湿度计单元2湿敏电阻式湿度检测

【问题分析】

陶瓷湿敏电阻传感器的核心部分是用铬酸镁－氧化钛（MgCr2O4－TiO2）等金属氧化物以高温烧结工艺制成的多孔陶瓷半导体。它的气孔率高达25％以上，孔径1μm以下。湿度传感器结构、外形及测量转换电路框图1－引线；2－多孔性电极；3－多孔陶瓷；4－加热丝；5－底座；6－塑料外壳；7－引脚单元2湿敏电阻式湿度检测

【知识链接】

1．湿敏电阻的种类工业上较流行的湿敏电阻主要有：陶瓷湿敏电阻、氯化锂湿敏电阻、有机高分子膜湿敏电阻。（1）氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化制成。该元件由引线、基片、感湿层与电极组成。湿敏电阻结构示意图氯化锂湿度-电阻特性曲线单元2湿敏电阻式湿度检测

【知识链接】

（2）有机高分子膜湿敏电阻高分子膜湿敏电阻是以高分子膜吸收或放出水分而引起电导率变化进行环境湿度测量的，是一种新型的湿度敏感元件。有机高分子膜湿敏电阻是在氧化铝等陶瓷基板上设置梳状型电极，然后在其表面涂以具有感湿性能，又有导电性能的高分子材料的薄膜，再涂覆一层多孔质的高分子膜保护层。高分子膜湿敏电阻的特性曲线湿敏电阻外形单元2湿敏电阻式湿度检测

【知识链接】

湿度检测单元2湿敏电阻式湿度检测

【知识链接】

2．湿敏电阻的测量电路湿敏电阻在直流供电情形下具有极化现象，造成测值漂移。为消除极化效应，必须使用交流电源测量，或选用适当的交流电桥。湿度超限报警电路单元2湿敏电阻式湿度检测

【知识链接】

直读式湿度计：RH为氯化锂湿度传感器。VT1、VT2、T1等组成测湿电桥的电源，其振荡频率为250Hz~1000Hz。电桥输出经变压器T2，C3耦合到VT3，经VT3放大后的信号，由VD1～VD4桥式整流后，输入给微安表。直读式湿度计电路单元2湿敏电阻式湿度检测

【应用案例】

【案例1】汽车后窗玻璃自动除湿装置RL为嵌入玻璃的加热电阻，RH为设置在后窗玻璃上的湿度传感器。VT1和VT2半导体管接成施密特触发电路，由R1、R2和湿度传感器电阻RH组成T1基极的偏置电路。汽车后窗玻璃自动除湿安装示意图单元2湿敏电阻式湿度检测

【应用案例】

常温常湿下，RH较大，VT1导通，VT2截止，继电器J不工作，加热电阻无电流流过。当室内外温差较大且湿度过大时，RH的阻值减小，使VT1截止，VT2翻转为导通状态，继电器J常开触点J1闭合，加热电阻开始加热，后窗玻璃上的潮气被驱散。汽车后窗玻璃自动除湿电路单元2湿敏电阻式湿度检测

【应用案例】

【案例2】湿敏电阻模块HR202HR202湿敏电阻是采用有机高分子材料作为湿度敏感元件，水蒸汽附着于感湿薄膜上，电阻值与相对湿度相对应。HR202湿敏电阻具有线性好、高性价比、能耗低、测量范围宽、响应迅速、抗污染能力强、性能稳定等特点。（a）实物图（b）外形尺寸HR202湿敏电阻单元2湿敏电阻式湿度检测

【应用案例】

【案例2】湿敏电阻模块HR202模拟输出湿度传感器模块原理图单元2湿敏电阻式湿度检测

【实践项目】

湿度超限报警电路的制作1．项目要求熟悉湿敏电阻的工作原理，能够通过相关湿度超限报警电路及器件制作湿度报警装置，并完成相关调试工作。2．设备与工具MS01-A型湿敏电阻、万用表、9V降压变压器、常用数字温湿度计、加湿器，二极管、电容、电阻若干；常用电工组装工具一套。3．操作步骤（1）按图7-23制作湿度报警电路，并调试正常。

单元2湿敏电阻式湿度检测

【实践项目】

（2）利用温湿度及加湿器在一容器内产生大约70%RH的湿度环境，将报警电路中湿敏电阻置于容器内，调节电位器RP1，使报警信号，指示灯亮。（3）取出湿敏电阻，将之与温湿度靠近，用加湿器在其附近增湿，当温湿度计测值显示为70%RH时，观察报警器工作是否正常。（4）更换报警点，再进行测试。（5）思考：温度是否对湿度测值有影响？如有，如何改进报警电路？

单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

1．湿敏电容

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的。当高分子材料吸水后，元件的介电常数随环境相对湿度的改变而变化。测量电路常采用555集成电路组成振荡电路,将湿敏电容充当振荡电容，可完成湿度到频率的转换，实现相对湿度测量。湿敏电容外形结构图单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

1．湿敏电容

湿敏电容典型特性曲线单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

2．结露传感器结露传感器利用掺入炭粉的有机高分子材料吸湿后的膨胀现象。在高湿度下，高分子材料的膨胀引起其中所含炭粉间距变化而导致电阻突变。结露传感器是一种特殊的湿度传感器，与一般湿度传感器不同之处在于它对低湿度不敏感，仅对高湿度敏感，一般不用于测湿，而作为提供开关信号的结露信号器，用于自动控制或报警。例如用于检测磁带录像机、照相机结露及汽车玻璃窗除露等。3．水分传感器空气或其他气体中的水分含量通常称为湿度。而水分则是指存在于物质中的水的含量，以百分数表示，是掌握物质保存状态和质量的重要指标。

单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

水分传感器（1）电导法利用被测物质的电学性质，直接测定试样的电阻。固体物质的吸收水分后其阻值变小，通过测定电阻可确定水分含量。（2）电容法水的介电常数远大于一般干燥固体物质，因此利用电容法测含水量相当灵敏。用于电容法是由极板间的电力线贯穿被测介质的，所以表面水分引起的误差较小。（3）红外吸收法利用水分对波长为1.94μm的红外线吸收较强，并用几乎不被水分吸收的1.81μm波长作参比信号，根据被测物对这两种波长的能量吸收比值分析可判断含水量。（4）微波吸收法水分对波长在1.36cm附近的微波有显著吸收作用，而植物纤维对此波段的吸收比水分小几十倍，利用这一原理可制成木材、烟草、粮食、纸张等物质的水分测量装置。

单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

结露传感器单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

水分传感器单元2湿敏电阻式湿度检测

【拓展提高】

电导法水分传感器原理及探针形状单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题引入】

矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。在成煤的过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，生成瓦斯。煤矿采挖时，局部聚集的瓦斯在爆炸范围内遇到高温火源时爆炸时，会产生大量的有毒有害气体，使氧气含量减少，特别是CO含量大量增加，会造成大量人员中毒死亡；爆炸时也会产生大量的热量，形成火焰，引起煤尘爆炸事故、矿井火灾事故；爆炸时产生的冲击波以每秒几百米及几千米的速度向外传播，造成井巷、设备破坏。因而，做好瓦斯检测工作，及时掌握矿井瓦斯的变化情况，以采取相应的措施，防止瓦斯事故的发生，实现矿井的安全生产。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体与瓦斯同时涌出的缘故。正常情况下人们很难通过嗅觉识别。瓦斯爆炸界限为5%～16%。当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反应）；瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯含量在7%～8%时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。如果随时掌握矿井瓦斯浓度，即可提前做出预防、补救措施，减少瓦斯泄漏造成的危害。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

瓦斯浓度检测技术有光干涉、热催化、热导、红外、激光、超声波、气敏电阻、电化学传感器等。检测方法检测原理特点及适用场合气敏电阻气敏电阻阻值因被测气体的吸附过程中产生粒子交换，宏观上呈现为阻值相应变化。需加热至一定温度，具一定非线性，适合气体泄露报警、定值报警。红外吸收式当红外光线通过气体组分时，气体分子有选择性的吸收具有特殊频率的光子，宏观上表现为红外光强度的减小。不同气体特征吸收光谱不同，会在某一特定波段吸收特性最强。测量精度高，动态范围宽，线性、灵敏度较高。因不同气体吸收带不同，可实现多种气体的浓度精确检测。超声波法当构成二元混合气体的两种气体的分子量相差较大时，声波传播速度随两种气体组分的比例不同而变化，基于这一原理,通过准确地测量声速的变化就可以计算出所测气体的浓度。灵敏度高，抗干扰能力强，动态范围大。可用于多种微量气体浓度的精确测量。电化学法通过电解液与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。实现简单，用于一般场合气体浓度检测。几种瓦斯气体浓度检测原理及特点单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

瓦斯探测报警器实物图单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

1．气敏电阻传感器的工作原理气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金属氧化物粉料并添加少量催化剂及添加剂，按一定比例绕结而成的半导体器件。一般认为，气敏半导瓷材料半导体，当有气体吸附时，如果材料的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则气体分子得到电子，为负离子吸附，阻值变大；反之失去电子，为正离子吸附，阻值变小。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

1．气敏电阻传感器的工作原理气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻）：主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。

气体的成分、浓度等参数变化电阻发生变化转换为电流、电压信号↓↓单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

1．气敏电阻传感器的工作原理所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子，化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体等。测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

气敏电阻工作原理单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

几种国产气敏电阻的主要特性型号参数UL－206UL－282UL－281MQN－10检测对象烟雾酒精蒸气煤气各种可燃性气体测量回路电压(V)15±1.515±1.510±110±1加热回路电压(V)5±0.55±0.5清洗5.5±0．5工作0.8±0.15±0.5加热电流(mA)160～180160～180清洗170～190工作25～35160～180环境温度(℃)-10～+50-10～+50-10～+50-20～+50环境湿度(RH)＜0．95＜0．95＜0．95＜0．95单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

MQN型气敏半导体器件是由塑料底座、电极引线、不锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的两组铂丝组成。气敏电阻工作时必须加热到（200～300）℃，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离过程并烧去气敏电阻表面的污物，提高器件的灵敏度和响应速度。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

NH3传感器甲烷传感器酒精传感器单元3气敏电阻式气体浓度检测

【问题分析】

2．矿灯瓦斯报警器瓦斯探头由QM-N5型气敏元件RQ及4V矿灯蓄电池等组成。RP为瓦斯报警设定电位器。当瓦斯超过某一设定点时，RP输出信号通过二极管VD1加到VT2基极上，VT2导通，VT3、VT4开始工作，VT3、VT4组成互补式自激多谐振荡器，使继电器吸合与释放，信号灯闪光报警。工作时开关S1、S2合上。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【知识链接】

1．常用气敏元件的结构类型（1）烧结型气敏元件以半导体SnO2为基体材料（其粒度在1μm以下）添加不同杂质，采用传统制陶方法进行烧结。烧结型器件一致性差，机械强度也不高。但价格便宜，工作寿命长，目前仍得到广泛应用。烧结型气敏元件1-不锈钢网罩2-电极引线3-SnO2烧结体4-加热电极5-陶瓷座6-引脚单元3气敏电阻式气体浓度检测

【知识链接】

1．常用气敏元件的结构类型（2）薄膜型气敏元件采用蒸发或溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化物半导体薄膜。实验测定，证明SnO2和ZnO薄膜的气敏特性最好。但这种薄膜为物理性附着系统，器件之间的性能差异仍较大。薄膜型气敏元件1-半导体薄膜2-引线3-绝缘基片4-加热电极5-加热器单元3气敏电阻式气体浓度检测

【知识链接】

1．常用气敏元件的结构类型（3）厚膜型气敏元件厚膜器件是用SnO2和ZnO等材料与3%～15%（质量）的硅凝胶混合制成的能印刷的厚膜胶，用丝网印刷工艺印刷到事先安装有铂电极的Al2O3基片上，以400~800℃烧结1小时制成。厚膜工艺制成的元件一致性较好，机械强度高，适于批量生产。厚膜型气敏元件1-厚膜气敏元件2-电极引线3-氧化铝基片4-加热器（印刷厚膜电阻）单元3气敏电阻式气体浓度检测

【知识链接】

2．气敏电阻的加热方式及主要参数（1）气敏电阻的加热方式气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种，直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少。旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，其应用面较广。（a）结构（b）符号直热式SnO2气敏电阻（a）结构（b）符号旁热式SnO2气敏电阻2、5-灯丝1、3、4、6-测量引脚单元3气敏电阻式气体浓度检测

【知识链接】

（2）气敏电阻主要参数①加热功率加热电压与加热电流的乘积。②允许工作电压范围。③工作电压工作条件下，气敏电阻两极间的电压。④加热电压加热器两端的电压。⑤加热电流通过加热器的电流。⑥灵敏度⑦响应时间⑧恢复时间单元3气敏电阻式气体浓度检测

【应用案例】

【案例1】酒精测试仪酒精测试仪可用于交通中酒驾事故认定，也可以用在其他场合检测人体呼出气体中的酒精含量，或使用于高危领域禁止酒后上岗的特殊作业。（a）酒精传感器（b）酒精测试仪酒精传感器、酒精测试仪单元3气敏电阻式气体浓度检测

【应用案例】

【案例2】煤气泄漏报警器煤气泄漏报警器由探测器与报警控制主机构成，用以检测室内外危险场所的泄漏情况。当被测场所存在可燃性气体时，探测器将气信号转换成电压信号或电流信号传送到报警仪表，仪器显示出有可燃性气体爆炸下限的百分比浓度值。当有可燃性气体浓度超过报警设定值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。煤气泄漏报警器控制器与探测器连接示意图单元3气敏电阻式气体浓度检测

【实践项目】

矿灯瓦斯报警电路的制作1．项目要求认识气敏元件，通过矿灯瓦斯泄漏报警电路制作，掌握气敏传感器的特性、原理及基本应用。2．设备与工具数字万用表、直流稳压电源或电池组；气敏元件QM-N5；继电器；电阻、电容、电位器、三极管、开关、指示灯等若干，打火机、甲烷气瓶；常用电子组装工具一套。3．操作步骤（1）按图7-32制作瓦斯泄漏报警电路。单元3气敏电阻式气体浓度检测

【实践项目】

（2）电路检查无误后接通稳压电源或电池组，接通电源开关。（3）打开打火机并吹熄，使之向外释放甲烷气体，并靠近气敏元件，同时调节电位器，使之产生报警信号。（4）将报警电路安置于一较小空间，轻旋气瓶阀门，并调节减压阀至合适压力，产生微弱泄漏，观察报警电路工作情况。（5）分析系统工作原理、信号特点并总结制作、调试心得。（6）思考：如果实现瓦斯浓度检测，如何修改此电路？单元3气敏电阻式气体浓度检测

【拓展提高】

1．氧浓度传感器半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N型半导体，对氧气十