化学传感器与生物传感器

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物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖

点击此处结束放映物联网传感器技术与应用第10章化学传感器和生物传感器点击此处结束放映

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化学传感器是将各种物质的化学成分定性或定量检测的传感器。化学传感器能将各种化学物质特性（如离子浓度、气体成分、空气湿度等）的变化转换为电信号。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.1.1离子敏传感器

1.离子敏传感器的概念

离子敏传感器能检测出溶液中离子的种类或浓度。2.离子选择性电极

（1）离子选择性电极的定义

最简单的离子敏传感器是离子选择性电极，它能测定溶液中离子的活度或浓度。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用（2）离子选择性电极的结构

参比电极：当待测液的组成改变时，其电极电位保持一定的电极。

内充溶液：含有与参比电极呈可逆平衡的离子。（3）离子选择性电极的用途

可以分辨不同离子的存在。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.1.2气敏传感器

气敏传感器是一种检测特定气体成分或浓度，并将其转换成电信号的传感器。1.气敏传感器分类

（1）半导体气敏传感器

（2）固体电解质气敏传感器

（3）电化学式气敏传感器

（4）接触燃烧式气敏传感器点击此处结束放映物联网传感器技术与应用2.半导体气敏传感器（1）半导体气敏传感器的类型

点击此处结束放映物联网传感器技术与应用（2）电阻式半导体气敏传感器

电阻式半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化制成的。

点击此处结束放映物联网传感器技术与应用点击此处结束放映（3）非电阻式半导体气敏传感器MOS二极管型气敏传感器是利用MOS二极管的电容-电压关系（C-U特性）制成的。

物联网传感器技术与应用3.半导体气敏传感器的应用

（1）有毒气气体报警器

一氧化碳、液化气、甲烷等都是有毒性气体，若其浓度超过一定值时，将对人体安全造成危害。

图10.6中，QM-N10是电阻式气敏传感器，它内部有一个加热丝和一对探测电极（A极和K极）。

（2）可燃气体浓度检测器点击此处结束放映物联网传感器技术与应用

点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.1.3湿敏传感器

湿敏传感器是一种能将被测环境的湿度转换成电信号的装置。1.湿度的表示方法（1）绝对湿度（2）相对湿度

相对湿度（RH）是指空气中实际所含水蒸气的分压（P）和相同温度下饱和水蒸气分压（Pmax）的百分比。（3）露点点击此处结束放映物联网传感器技术与应用2.湿敏传感器的基本原理（1）电阻式湿敏传感器

电阻式湿敏传感器是利用湿敏电阻随湿度变化的特性制成的，其感湿特征量为电阻值。

①

电解质式（氯化锂）电阻湿敏传感器

氯化锂（LiCl）湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。②陶瓷式电阻湿敏传感器

③

高分子式电阻湿敏传感器点击此处结束放映物联网传感器技术与应用（2）电容式湿敏传感器

电容式湿敏传感器是利用湿敏元件电容量随湿度变化的特性制成的，其感湿特征量为电容值。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用3.湿敏传感器的应用（1）直读式湿度计

图10.14中RH为氯化锂湿度传感器。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用（2）汽车后窗玻璃自动去湿电路

图10.15中RH为后窗玻璃上的湿敏传感器。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用

生物传感器10.2点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.2.1生物传感器的工作原理

生物传感器的工作原理如图10.16所示，在生物功能膜上（或膜中）附着有生物传感器的敏感物质。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.2.2酶传感器

酶传感器由分子识别功能的固定化酶膜与电化学装置两部分构成。大多数酶是水溶性的，需要通过固定化技术制成酶膜，才能构成酶传感器的受体。当把装有酶膜的酶传感器插入试液时，被测物质在固定化酶膜上发生催化化学反应，生成或消耗电极活性物质（如O2、NH3等），用电化学测量装置（如电极）测定反应中电极活性物量的变化，电极就能把被测物质的浓度变换成电信号。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.2.3葡萄糖传感器

1967年，S.J.乌普迪克等研制出了第一个生物传感器——葡萄糖传感器。测定血液中葡萄糖的浓度对糖尿病患者非常重要。可以通过测量氧（O2）的消耗量、或过氧化氢（H2O2）的生成量测量葡萄糖的浓度。点击此处结束放映物联网传感器技术与应用点击此处结束放映物联网传感器技术与应用10.2.4微生物传感器

微生物传感器是把活着的微生物菌固定在膜面上，作为生物功能元件使用。好气性微生物的生长过程离不开氧，它吸入氧气放出二氧化碳，这种微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳电极测定。厌气性微生物的生长会受到氧的妨碍，可由其生成的二氧化碳或代谢产物测