《智能传感器与智能仪表》课件-7.气敏与湿敏传感器的工作原理及分类以及测量电路

气敏与湿敏传感器的工作原理及分类，以及测量电路从环境监测到安全防护的感知利器项目四

位移传感器和物位传感器电气工程学院目录CONTENTS气敏传感器Smartsensorsandsmartmeters01湿敏传感器Smartsensorsandsmartmeters02知识导入01.化工生产中气体成分的检测与控制03.大气环境污染物成分监测05.火灾探测与报警07.鱼类、肉类新鲜度检测02.煤矿瓦斯浓度的检测与报警04.煤气泄漏检测06.汽车尾气检测08.酒精含量检测知识导入工农业生产气象环保国防科研科研01常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数；03湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展02近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足的进步；气敏传感器气敏传感器的工作原理转换电信号根据电信号强弱，可获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息，可以进行检测、监控、报警转换参数气敏电阻可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压信号气敏传感器能够感知环境中某气体成分及浓度的一种敏感器件气敏传感器气敏传感器的分类种类繁多，特性各异01半导体式气敏传感器02接触燃烧式气敏传感器03电化学型气敏传感器04固体电解质气敏传感器05光学式气敏传感器06光纤气敏传感器气敏传感器气敏传感器的分类

半导体式气敏传感器01按照敏感机理分类，半导体气敏传感器可分为电阻型半导体式和非电阻型半导体式

接触燃烧式气敏传感器02使用时对铂丝通以电流，保持300℃~400℃的高温，若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧接触燃烧式气敏传感器的检测元件一般为铂金属丝通过测量铂丝电阻值变化的大小，就能知道可燃性气体的浓度铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升气敏传感器电阻型气敏传感器的结构和测量电路直热式气敏传感器结构敏感元件加热器电阻型气敏传感器敏感元件常见的有氧化锡、氧化锌等材料；加热器的作用是将附着在探测部分处的油污、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。外壳直热式电阻型气敏传感器旁热式电阻型气敏传感器气敏传感器电阻型气敏传感器的结构和测量电路（1）直热式气敏元件直热式气敏器件结构图直热式气敏器件将加热丝、测量丝直接埋入SnO2或ZnO等粉末中烧结而成的工作时加热丝通电，测量丝用于测量器件阻值直热式气敏元器件气敏传感器电阻型气敏传感器的结构和测量电路（1）直热式气敏元件VH（加热电压）和VC（测量电压）可共用一个电源，只要满足传感器的电学要求即可基本测试电路的特点直热式的缺点加热丝和测量丝距离近，加热回路和测量回路会相互干扰，而且温度稳定性差直热式气敏元器件基本测试电路气敏传感器电阻型气敏传感器的结构和测量电路（1）直热式气敏元件气敏电阻对不同的气体灵敏度不同不同工作温度时这种特性较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警气敏电阻在被测气体浓度较低时有较大的电阻变化当被测气体浓度较大时，其电阻率的变化逐渐趋缓，有较大的非线性气敏传感器01旁热式气敏电阻传感器克服了直热式结构的缺点，使测量极和加热极分离，而且加热丝不与气敏材料接触02避免了测量回路和加热回路的相互影响。这类结构器件的稳定性、可靠性都比直热式器件好电阻型气敏传感器的结构和测量电路（2）旁热式气敏元件气敏传感器气敏传感器的主要参数及选用（1）气敏传感器主要参数灵敏度

01对目标气体的阀限值或最低爆炸限百分比的检测要足够灵敏响应时间02主要是指对被测气体浓度的响应速度选择性

03在多种气体共存时，气敏元件区分气体种类的能力稳定性04指性能稳定、重复性好，主要取决于零点漂移和区间漂移抗腐蚀性05指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力气敏传感器气敏传感器的主要参数及选用（2）气敏传感器的选用原则01.测量对象与测量环境被测气体类型不同，测量环境不同，所选的气敏传感器不同02.排他性对被测气体以外的共存气体或物质不敏感03.动态性动态特性好，即对检测信号响应迅速04.线性范围宽传感器线性范围越宽，量程越大，能保证一定的测量精度05.稳定性稳定性好06.其他使用寿命长，安装、使用、维修方便、成本低气敏传感器气敏传感器的应用01安全防护家用煤气报警器半导体式煤矿瓦斯探测器电化学式酒店烟雾报警器光学式02环境监测城市空气质量监测站光学式测SO₂光学式测NOx汽车尾气检测电化学式测CO电化学式测NOx03品质管控食品厂检测肉类新鲜度测氨气浓度酒厂监测酒精挥发量接触燃烧式04健康管理酒精测试仪半导体式交警查酒驾用呼吸检测仪测呼气中的丙酮辅助诊断糖尿病湿敏传感器1.湿度的概念湿度主要是指大气中水蒸汽的含量，它表明了大气的干湿程度在诸多的环境量参数中，湿度难以准确测量，易受其他因素影响，如大气压强、温度等绝对湿度相对湿度露点湿敏传感器湿度的概念03结露：一定大气压下，将有水蒸气的空气冷却，温度下降到特定值时，空气中的水蒸气达到饱和，从气态变成液态，凝成露珠露点01指大气中水汽的密度绝对湿度即每一立方米大气中所含水汽的质量（克数）02某温度下，空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比相对湿度（RH％）水气饱和状态：某压力、温度下，大气水气含量最大值湿敏传感器湿敏传感器的工作原理湿敏元件转换电路除此之外，有的传感器还包括一些辅助元件湿敏传感器是一种能将被测环境湿度转换成电信号的装置，主要由两个部分组成比如辅助电源、温度补偿输出，显示设备等湿度传感器湿敏传感器湿敏传感器的分类电阻式电容式按输出电学量分类01绝对湿度型相对湿度型结露型按探测功能分类02陶瓷式半导体式按感湿材料分类03高分子式电解质式湿敏传感器碳膜及硒膜湿度传感器金属氧化物陶瓷湿度传感器金属氧化物膜湿度传感器湿度传感器水分子亲和力型湿度传感器水分子亲和力型湿度传感器其他湿度传感器高分子材料湿度传感器电解质湿度传感器水晶振子湿度传感器热敏电阻式湿度传感器红外湿度传感器微波湿度传感器超声波湿度传感器湿敏传感器湿敏传感器的分类（1）电阻式湿敏传感器——氯化锂湿敏电阻氯化锂湿敏电阻浸涂氯化锂胶状溶液作为感湿层在基片上制成一对梳状铂金电极表面再涂上一层多孔性保护膜湿敏传感器湿敏传感器的分类（2）电容式湿敏传感器——湿敏电容当环境湿度发生变化时

|湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容量变化量与相对湿度成正比湿敏电容实物图湿敏电容湿敏传感器湿敏传感器的分类（3）集成式湿敏传感器集成式湿敏传感器01将湿敏电阻或湿敏电容传感器、信号放大与处理电路等利用集成电路工艺技术制作在同一芯片上即可制成集成湿度传感器02集成湿度传感器具有产品互换性好、响应速度快、抗干扰能力强、不需要外部元件、易于连接单片机控制系统等系列优点，在实际湿度测量场合得到广泛的应用线性电压输出型线性频率输出型湿敏传感器湿敏传感器的分类（4）结露型传感器结露传感器是新一代凝露检测器件，在大气凝露点附近具备开关特性，对低湿不敏感，对高湿敏感常作为开关型器件来检测环境是否到达结露状态，在电气设备的安全监测方面有着非常重要的应用结露传感器课程小结气敏传感器——“电子鼻子”捕捉无形的气体风险从家用煤气报警到工业瓦斯检测，用灵敏度和响应时间筑起安全防线湿敏传感器——“湿度侦探”掌控环境的干湿平衡从日常体感舒适到工业设备防结露，用精准测量保障生活与生产稳定课程小结两类传感器——共同核心将“不可见的环境参数”转化为“可测量的电信号”，从“凭感觉