气敏传感器公开课ppt

1、气体传感器问题：学生将知道哪些气体有毒有害。气体、一氧化碳、甲烷、烟是的，当这些气体达到一定浓度时，它们会危及我们的生命。2.我们如何防止有害气体对我们生命安全的危害？安装一个对这些有害气体敏感的报警器。本章介绍的气体传感器是该报警电路中非常重要的设备。接下来，我们开始介绍气体传感器。气体传感器的功能相当于我们的鼻子，可以“嗅”出空气中的特定气体，并确定气体的浓度，从而实现对气体成分的检测和监控，提高人们的生活水平，保护人们的生命。环境污染，火灾报警，煤矿，化学工业，第一，有关瓦斯敏感性的基本概念，瓦斯浓度的表达？有两种方法可以表示环境空气中污染物的浓度：1 .质量浓度表达式：每立方米空气中所

2、含污染物的质量数，即毫克/立方米2；和体积浓度表达式：一百万体积空气中所含污染物的体积数，即ppm，大多数气体检测仪器测量的气体浓度为体积浓度(ppm)。根据中国法规，特别是环保部门，要求气体浓度以质量浓度单位(mg/m3)表示，中国标准和规范也采用质量浓度单位(如mg/m3)。什么是气体传感器？气体传感器是用于检测气体种类、浓度和成分的传感器。因为气体有很多种，而且它们的性质不同，所以不可能用一个传感器检测所有的气体。因此，可以实现气电转换的传感器有很多种。根据气体传感器材料的组成，它们可以分为半导体和非半导体。目前，半导体气体传感器在实践中应用最多。烟雾报警器、酒精传感器、二氧化碳传感器、

3、气敏电阻器、酒精传感器、其他可燃气体传感器、酒精测试仪、呼气管、家用液化气报警器、一氧化碳传感器、其他气体传感器、NH3传感器、甲烷传感器、二氧化碳浓度传感器、氧气浓度传感器等，可用于汽车尾气测量、汽车尾气分析和有毒气体传感器的使用。1.气体传感器的性能要求：对被测气体的灵敏度高，对共存气体或被测气体以外的物质的不敏感性稳定，重复性好，使用寿命长，制造成本低，使用维护方便等。气体传感器暴露于具有各种使用部件的气体中。由于检测现场的温度和湿度变化很大，并且存在大量的灰尘和油雾，其工作条件恶劣，并且气体对传感敏感。因此，对气体传感器有以下要求：(2)了解气体传感器；(2)常见气体传感器的分类；(3

4、)半导体气体传感器的机理；半导体气体传感器：利用半导体气体传感器与气体接触的原理，检测特定气体的成分或浓度，从而改变半导体的导电性等物理特性；其中，磷型：如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。n型：如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等。催化剂，如钯、铂、银等。有时会渗透到合成材料中。表7-1半导体气体传感器的分类。其基本原理是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致传感器电阻值的变化。半导体气体传感材料具有很强的吸附气体的能力。当半导体器件被加热到稳定状态时，当气体接触半导体表面并被吸附时，被吸附的分子首先在表面物理性质上自由扩散，失去运动能量，一些分子被蒸发，并且其他残留分子被热分解并固定在吸附位

5、置(化学吸附)。当半导体的功函数小于被吸附分子的亲和力时，被吸附的分子将从器件中捕获电子并变成负离子进行吸附，半导体表面呈现电荷层。具有负离子吸附倾向的气体，如氧气，被称为氧化型气体或电子接收气体。如果半导体的功函数大于被吸附分子的离解能，被吸附分子将向器件释放电子并形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体包括石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。它们被称为还原气体或提供电子的气体，即在化学反应中能产生电子并增加其化学价的气体；大多数是可燃气体。当氧化气体被吸附在氮型半导体(二氧化锡、氧化锌)上，还原气体被吸附在磷型半导体(三氧化硅)上时，半导体载流子将减少，电阻值将增加。当还

6、原气体吸附在氮型半导体上而氧化气体吸附在磷型半导体上时，载流子增加，半导体的电阻值降低。图9-1n型半导体吸附气体时器件电阻变化图，规律总结：氧化气体n型半导体：载流子数减少，电阻增加；减少气体的n型半导体：载流子数增加，电阻降低；还原气体p型半导体：载流子数减少，电阻增加；4.半导体气体传感器1的类型和结构。电阻半导体气体传感器，图9 (b)薄膜器件；(c)厚膜器件，图9-2气敏半导体传感器的器件结构(a)烧结气敏器件；薄膜器件；对于厚膜器件，有两种加热模式：直接加热和侧面加热，从而形成直接加热和侧面加热气体传感器。直接加热气体传感器的结构和符号如图9-3所示。图9-3直热式气体传感器结构及

7、符号(a)结构；符号。侧加热气体传感器的结构和符号如图9-4所示。图9-4显示了侧加热气体传感器的结构和侧加热结构的符号(a)。符号2。非阻性半导体气体传感器非阻性气体传感器也是半导体气体传感器之一。它是由金属氧化物半导体二极管电容电压特性的变化和金属氧化物半导体场效应晶体管阈值电压的变化等物理特性组成的气体传感器。由于同类器件的制造工艺成熟，便于器件集成，性能稳定，价格低廉。特殊材料的使用也可以使设备对某些气体特别敏感。(1)通过热氧化在p型半导体硅晶片上形成厚度为50100纳米的二氧化硅(二氧化硅)层，然后在其上蒸发钯(Pd)金属膜作为栅电极，制造金属氧化物半导体二极管气体传感器，如图9-

8、5(a)所示。图9-5金属氧化物半导体二极管结构和等效电路(一)结构；等效电路；(3)碳-铀特性，(2)金属氧化物半导体场效应晶体管的结构，如图9-6所示。图9-6钯金属氧化物半导体场效应晶体管的结构(1)气体传感器的灵敏度特性烧结、薄膜和厚膜二氧化锡气体传感器对气体的灵敏度特性如图所示。气体传感器的电阻RC与空气中被测气体的浓度C成对数关系。在log RCm logC n公式中，n与气体检测的灵敏度有关，该灵敏度随不同的材料和气体类型以及不同的测量温度和添加剂而变化很大。m是气体的分离度，它随气体浓度的变化而变化。对于可燃气体。在二氧化锡中加入铂或钯作为催化剂，可以提高二氧化锡对气体的灵敏度

9、和选择性。添加剂的组成和含量、部件的烧结温度和工作温度都会影响部件的样品选择。1.二氧化锡系列；(2)二氧化锡材料具有良好的物理和化学稳定性。与其他类型的气体传感器(如接触式燃烧气体传感器)相比，二氧化锡气体传感器具有寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强等优点。(3)二氧化锡气体传感器用于气体检测是可逆的，其吸附和解吸时间短，可以长时间连续使用。(4)该元件结构简单、成本低、可靠性高、机械性能好。(5)气体检测不需要复杂的处理设备。待测气体浓度可直接转换成电信号，信号处理电路简单。(1)二氧化锡结构组成对气敏效应的影响二氧化锡具有金红石晶体结构，用于制作气敏元件的二氧化锡一般不符合化学计量比，二氧化锡

10、中存在氧空位或锡间隙原子。这种结构缺陷直接影响气体传感器的特性。一般来说，二氧化锡具有许多氧空位和明显的气敏效应。(2)二氧化锡中添加剂对气敏效应的影响实验表明，二氧化锡中的添加剂对气敏效应有明显的影响。表7-3列出了添加不同添加剂的二氧化锡气体传感器的气体传感效果。(3)烧结温度和加热温度对气敏效应的影响实验表明，元件的烧结温度和加热温度对其气敏性能有明显的影响。因此，可以通过使用元件的这一特性来执行选择性检测。表7-3添加剂对二氧化锡气敏效应的影响，液化石油气、一氧化碳、城市燃气、酒精、酒精、丙酮、碳氢还原气体，200300，(4)二氧化锡气敏元件易受环境温湿度的影响，上图为二氧化锡气敏元

11、件受环境温湿度影响的综合特性曲线。由于环境温度和湿度对其特性的影响，使用时通常需要增加温度补偿。氧化锌气体传感器氧化锌气体传感器对还原气体有很高的灵敏度。其工作温度比二氧化锡气体传感器高100左右，因此不如二氧化锡气体传感器受欢迎。同样，为了提高氧化锌基元素的气体选择性，有必要添加诸如铂和钯的添加剂。例如，在氧化锌中加入钯对H2和一氧化碳有很高的敏感性；然而，对丁烷(C4H10)、丙烷(C4H8)和乙烷(C4H6)等烷烃气体的敏感度非常低，如下图(a)所示。如果将铂添加到氧化锌中，它对烷烃气体具有高灵敏度，并且碳含量越高，灵敏度越高，但对H2和一氧化碳气体的灵敏度越低，如下图(b)所示。气体传

12、感器的应用气体传感器广泛用于防灾报警，如液化石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯和有毒气体等。它也可用于监测空气污染和测量医疗中的O2、CO2和其他气体。在生活中，它可以用于空调，烹饪设备，酒精浓度检测等。(1)电源电路中气体传感器的工作电压不高(3V10V)，其工作电压，尤其是加热电压必须稳定。否则，加热器的温度变化会过大，气体传感器的工作点会漂移，影响检测精度。(2)由于气体传感器的特性(温度系数、湿度系数、初始稳定性等)。)，在设计和制造应用电路时应考虑辅助电路。例如，温度补偿电路用于减小由气体传感器的温度系数引起的误差；设置延时电路，防止上电初期气体传感器电阻值变化大而引起的误报警；加热

13、器故障通知电路用于防止加热器故障导致误报。(3)检测工作电路这是气体传感器应用电路的主要部分。下图是带有串联蜂鸣器的应用电路。随着环境中可燃气体浓度的增加，当气体传感器的电阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的电流足以驱动其工作并发出报警信号。220伏，BZ，氖管，家用可燃气体报警电路，气体传感器，蜂鸣器，B，R，外壳1。气体报警，检测和报警各种易燃、易爆、有毒和有害气体可以使用相应的气体传感器和相关电路下图是最简单的家用气体报警电路之一。气电转换装置采用TGS109，测试电路采用高压直热式气体传感器。当室内可燃气体增加时，由于气体传感器与可燃气体接触，其电阻值降低，因此流经回路的电流增加，可直接驱

14、动蜂鸣器报警。设计报警器时，应合理选择启动报警浓度，启动报警浓度低，灵敏度高，容易产生误报警；如果选择过高，很容易导致误报，不会产生报警效果。该图显示了防止酒后驾驶控制器的示意图。在图中，QMJ1是一个葡萄酒传感器。如果司机不喝酒，关闭驾驶室内的开关。此时，气体传感器的电阻很高，Ua高，U1低，U3高，继电器K2线圈断电，其常闭触点K2-2闭合，发光二极管VD1接通，发出绿光，可点燃并启动发动机。案例3防止酒后驾驶控制器示意图。对于防止酒后驾驶的控制器，如果驾驶员饮酒过量，气体传感器的电阻值急剧下降，使Ua低，U1高，U3低，继电器K2线圈通电，K2-2的常开触点闭合，发光二极管VD2接通，发出红灯作为警告。同时，常闭触点K2-1断开，发动机无法起动。如果驾驶员拔出气体传感