《传感器及应用》-《传感器及应用》-实训三气敏、湿敏传感器

任务一家用厨房可燃性气体的检测项目二气体的检测想一想：你知道哪些检测温度的仪表？一、任务描述一般家庭厨房烹调热源有煤气、天然气、石油液化气等，由于这些可燃气体的泄漏、点火失误等原因，造成爆炸、火灾和中毒死伤事故的数字十分惊人。为了保障生命财产安全，要对厨房可燃气体泄漏进行检测。

利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。气敏电阻的材料是金属氧化物

气敏、湿敏电阻式传感器☆气敏电阻传感器烟雾报警器二氧化碳传感器酒精传感器半导体气体传感器的工作原理

半导体型气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、乙醇等时，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。

氧气等具有负离子吸附倾向的气体，吸附在N型半导体上，会使得半导体的载流子减少，电阻率增大。氢气、一氧化碳等具有正离子吸附倾向的气体吸附在N型半导体上会使得半导体的载流子增加，电阻率下降。※当氧化型气体吸附到N型半导体上,还原型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻增大。相反,当还原型气体吸附到N型半导体上,氧化型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子增多,使电阻下降.具有负离子吸附倾向的气体有O2和NOx,称为氧化型气体或电子接收性气体。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。◎气敏电阻元件的种类

（1）烧结型气敏元件:将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物器皿材料中，经加热成型后低温烧结而成。常用的有氧化锡烧结气敏元件，用来测还原性气体,它的加热温度较低。（2）薄膜型气敏元件：采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上制成金属氧化薄膜，构成薄膜型气敏元件。这种元件具有较高的选择性，适合于温度400-500摄氏度的高温。

气敏电阻传感器通常由气敏电阻、加热器和封装体等三部分组成。（3）厚膜型气敏元件

将气敏材料与一定比例的硅凝胶混制成印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝基片上，在400-800摄氏度的温度下烧结1-2小时便制成厚膜型气敏元件。特点：用厚膜工艺制成的器件一致性好，机械强度高，适于批量生产。气敏电阻外形酒精传感器

其他可燃性气体传感器照片4.0.6节电型厚膜气体传感器

主要物理特性类型

检测气体

气敏元件电阻型

电

阻表面控制型可燃性气体氧化锡、氧化锌等的烧结体、薄膜、厚膜体控制型酒精、可燃性气体、氧气氧化镁、氧化锡、氧化钛（烧结体）非电阻型二极管整流特性

表面控制型氢气、一氧化碳、酒精铂-硫化镉铂-氧化钛（金属-半导体结型二极管）晶体管特性氢气、硫化氢铂栅、钯栅MOS场效应晶体管半导体气敏传感器分类

这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200℃～400℃。

这些气敏元件全部附有加热器，它的作用是使附着在探测部分处的油雾、尘埃等烧掉，同时加速气体氧化还原反应，从而提高元件的灵敏度和响应速度，一般加热到200℃～400℃。◎气敏元件的基本测量电路

半导体式气敏传感器的基本测量电路主要包括两部分：即气敏元件的加热回路和测试回路。3V～10V◎气敏传感器应用（1）QM-N5气敏传感器及其应用电路

燃气报警器

换气扇自动控制电路2）化学实验室有害气体鉴别酒精传感器（2）简易酒精测试仪ICLM3914LM3914是10位发光二极管驱动器，它可以把输入模拟量转换为数字量输出驱动10位发光二极管来进行点显示或柱显示。内部包含一个可调的基准电压源和10个电压比较器、10个1K电阻串联构成的分压器，分别向各个比较器提供基准比较电压。

ICLM3914引脚主要功能引脚主要功能

1接发光管负极10接发光管负极2地11接发光管负极

3正电源12接发光管负极

4发光管最低亮度设定13接发光管负极

5信号输入14接发光管负极

6发光管最高亮度设定15接发光管负极

7基准电压输出16接发光管负极

8基准电压设定17接发光管负极

9模式设定18接发光管负极氧浓度传感器外形汽车尾气分析半导体气体传感器的使用注意事项

注意：在使用气敏传感器时，需要一定的预热时间才会稳定的工作。如果气敏传感器长期不用或接触高浓度的可燃气体后，会出现暂时的“中毒”现象。使用时须将加热电流适当的调高，保持1-2min后在正常使用。使用气敏传感器，要避免油浸或油垢污染，更不能将气敏传感器长时间放在腐蚀气体中。不适用时应放在干燥、无腐蚀性气体的环境中。

湿敏传感器绝对湿度和相对湿度

绝对湿度：单位空间中所含水蒸气的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示。

相对湿度：气体的绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比，一般用符号%RH表示。湿敏传感器的分类

界限电流式湿敏传感器湿敏传感器电阻式电容式其它电解质式陶瓷式高分子式陶瓷式高分子式光纤湿敏传感器二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等湿敏传感器的分类

电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感器可分为：

电解质式(氯化锂）

陶瓷式

高分子式电阻式湿敏传感器氯化锂湿敏电阻

氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料，氯化锂电解质感湿液依据电导率随着溶液浓度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感湿。

氯化锂感湿基片的结构为选用绝缘材料的衬底，在上方制作一对金属电极，涂覆一层电解质溶液感湿膜，氯化锂是典型的离子晶体，属于非亲合型电解质，氯化锂溶液中，Li+对极性水分子的吸引力极强，离子水分程度最高。当溶液置于一定温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，因此，其溶液电阻率增高。反之，环境相对湿度变低时，则溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实现对湿度的测量。半导体陶瓷湿敏电阻

半导体陶瓷湿敏电阻通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。

一般有两种：负特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而下降

正特性湿敏半导体陶瓷：电阻率随湿度增加而增大

高分子式电阻湿敏传感器

利用高分子电解质吸湿而导致电阻率发生变化的基本原理来进行测量的。当水吸附在强极性基高分子上时，随着湿度的增加吸附量增大，吸附水之间凝聚化呈液态水状态。在低湿吸附量少的情况下，由于没有荷电离子产生，电阻值很高；当相对湿度增加时，凝聚化的吸附水就成为导电通道，高分子电解质的成对离子主要起载流子作用。此外，由吸附水自身离解出来的质子（H+）及水和氢离子（H3O+）也起电荷载流子作用，这就使得载流子数目急剧增加，传感器的电阻急剧下降。利用高分子电解质在不同湿度条件下电离产生的导电离子数量不等使阻值发生变化，就可以测定环境中的湿度。

(a)安装示意图

(b)电路

汽车后窗玻璃自动去湿装置湿敏传感器的应用ZHG型湿敏电阻及其应用电子式温湿度计婴儿尿湿报警器思考练习题1、对于N型半导体材料的气敏传感器，随着气体浓度的增加，引起阻值的变化（）。2、气敏传感器上加热器的作用（）。3、半导体陶瓷负特性湿敏传感器测试机理，随着湿度的增加，电阻值（）。4、压阻式传感器是基于（）原理制成的。5、常见的变换压力弹性敏感元件（）（）（）。7、应变片分为（）和（）。8、常用的电阻应变式传感器的测量电路（）和（）。温度补偿办法（）（）（）。好好休息3、化学实验室有害气体鉴别

下图所示为有害气体鉴别器的电路。MQS2B是烟雾、有害气体传感器，平时阻值较高（10kΩ左右）。当有烟雾或有害气体进入时，阻值急剧下降。MQS2B的A、B两端电压下降时，＋12V电压经MQS2B的压降减少，使得B的电压升高，经电阻R1和RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的⑤端。当⑤端电压达到预定值时，①、②两端导通。调节可调电阻RP可改变⑤端的电压预定值，从而调节其灵敏度，使①、②两端导通。＋12V电压加至继电器，使继电器得电，触点J1-1吸合，从而控制排风扇电源的开关，使排风扇自动排风。同时②端输出的＋12V电压经R4限流和稳压二极管VD3（5V）稳压后提供微音器HTD电源电压，此微音器是有源的（自带音源），此时便会发出嘀嘀声，由此可知是否有有害气体产生。同时，发光二极管发出红光，