《传感原理与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第11章 气敏传感器

第11章气体传感器*测量气体的类别、浓度、种类*将被测结果转换成相应的电量应用：检测和控制易燃、易爆、有害、有毒物质：检测和报警煤气、火灾等。亦称化学传感器2009-11ZUST spruan@126.com

2009-11 ZUST spruan@126.com 1 第11章 气体传感器 *测量气体的类别、浓度、种类。 *将被测结果转换成相应的电量。 应用： 检测和控制易燃、易爆、有害、有毒物质； 检测和报警煤气、火灾等。 亦称化学传感器

要求：（1）能够检测爆炸气体、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度并能及时给出显示、报警和控制信号：（2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感；（3）性能长期稳定性好：（4）响应快、重复性好；（5）使用维护方便、价格便宜等。干式气体传感器用固体作敏感材料：气体传感器湿式气体传感器：用水溶液或电解液感知待测气体2009-11ZUST spruan@126.com

2009-11 ZUST spruan@126.com 2 要求： 气体传感器  干式气体传感器： 用固体作敏感材料； 湿式气体传感器： 用水溶液或电解液感知待测气体；

811.1热导式气体传感器加热的传感器.遇到气体后.电导率发生变化150~200℃ @10mA被测气件E?VR1特测气体图11-2热敏电阻式气敏传图11-1热线式气敏传感器典型电路感器原理线路无催化剂，不存在催化剂导致特性坏！2009-11ZUST spruan@126.com

2009-11 ZUST spruan@126.com 3 §11.1 热导式气体传感器 加热的传感器,遇到气体后,电导率发生变化. 150~200 ℃ @10mA 无催化剂,不存在催化剂导致特性坏!

811.2接触燃烧式气敏传感器般将在空气中达到一定浓度,触及火种可引起燃烧的气体称可燃性气体表 11-1典型可燃性气体的主要特性化学式空气中的爆炸界限/Val%比重（空气=1）气体名称容许浓度/ppm0.6CH甲烷5.0~15.01.6CHe丙烷2.1~9.510002,0CaHn丁烷1.8~8.4碳化氢及3,4其派生物500汽油气1.3~7.60.9C,H乙快2.5-81.0.1.1200甲醇CH,OH5.5~37.01.61000C,H.OH乙醇3.3~19.0醇2.6CHOs1.7~48.0醚乙醚CH.O501.00012.5~~74.0氧化碳无机气体0.07H2氢4.0~75.0*Vol%表示体积百分

2009-11 ZUST spruan@126.com 4 §11.2接触燃烧式气敏传感器 一般将在空气中达到一定浓度,触及火种可 引起燃烧的气体称可燃性气体

内烧150丝（0.05mm）乙醇昇丁烷催化物氧化铝毅体环乙烷100丙酮气50R.00.20.40.60.81.0FOV0.8~1.0mm气体浓度(XLEL) ppmKR6(b)(a)(c)接触燃烧式气敏传感器图11-3(a）结构：（b）测量电路：(c）气敏特性：Ft一敏感元件：F2-补偿元件F,气敏元件（可加热至300~600℃），F,温度补偿元件当F1表面接触可燃性气体后.温度进一步升高△R= p△T = pH / h = pα0/ h式中，△R一电阻值增量：P一铂金丝电阻温度系数；H一可燃性气体燃烧热量；8一可燃性气体的分子燃烧热量：一传感器的热容量：一传感器催化能快定的常数。P、九、α为取决于传感器自身的参数：由可燃性气体种类决定

2009-11 ZUST spruan@126.com 5 F1气敏元件 (可加热至300~600℃) , F2温度补偿元件. 当F1表面接触可燃性气体后,温度进一步升高: R = T = H / h =  / h

811.3半导体气体传感器一.半导体气体传感器及分类丙烧150P,丝（Φ0.05mm）乙醇昇丁烷催化物氧化铝裁体环乙烷100丙酮气50R0Y0.20.40.60.81.0TOP0.8~1.0mm气体浓度（XLEL）ppmR6(b)(a)(c)接触燃烧式气敏传感器图 11-3(a）结构：（b）测量电路：（c)气敏特性：F一敏感元件：F2-补偿元件2009-11ZUSTspruan@126.com

2009-11 ZUST spruan@126.com 6 §11.3半导体气体传感器 一.半导体气体传感器及分类

二.半导体气体传感器特点响应时间，约1分钟以内稳定100B器件加热状态氧化型器件电阻变化50B?还原型FA5oBHB10s2穗压电源2min4min加热吸气时开关大气中—气敏传感器基本图11-4图 11-5应用电路N型半导体吸附气体时器件阻值变化1.烧灼元件表面油垢或污物：半导体元件也要加热到200~400℃2.加速被测气体的吸、脱作用2009-11ZUST spruan@126.com7

2009-11 ZUST spruan@126.com 7 半导体元件也要加 热到200~400 ℃, 1.烧灼元件表面油垢或污物； 2.加速被测气体的吸、脱作用。 二.半导体气体传感器特点

被测量气体：氧化性气体：O2，NOx还原性气体：H,,CO,HC和乙醇气敏元件吸气后，电阻可能增加，也可能减小：当氧化性气体吸附于N-半导体或还原性气体吸附于P-型半导体，会使载流子减少，使电阻增加当还原性气体吸附于N-半导体或氧化性气体吸附于P-型半导体，会使载流子增加，使电阻降低主要半导体气体传感器的功能材料为：SnO,和ZnO

2009-11 ZUST spruan@126.com 8 被测量气体：氧化性气体：O2，NOx ; 还原性气体：Ｈ2 ,CO,HC和乙醇。 气敏元件吸气后，电阻可能增加，也可能减小： 当氧化性气体吸附于N-半导体或还原性气体吸附 于Ｐ-型半导体，会使载流子减少，使电阻增加。 当还原性气体吸附于N-半导体或氧化性气体吸附 于Ｐ-型半导体，会使载流子增加，使电阻降低。 主要半导体气体传感器的功能材料为： SnO2和ZnO

添加物对Sn02气敏效应的影响添加物质检测气体使用温度（℃）CO，CsHe酒精Pdo, Pd200~~300Pd,Pt过渡金属CO, Cs Hs200-~300200~~300PdCI2SbCIsCHa，CsHs，COCO，城市煤气，酒精250~300Sb2Os,Ti02TIOs酒精，丙酮V205,Cu250~400稀土类酒精系可燃性气体过渡金属还原性气体250~300还原性气体Sb20s,Bi20s500-800高岭土（陶土），Bi20sWO碳氢系还原性气体200-~30092009-11ZUST spruan@126.com

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三.电阻式半导体气体传感器（气敏电阻）1.表面控制型气敏电阻2.体控制型气敏电阻1表面控制型气敏电阻原理：利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化的特性对象：以可燃性气体为主要检测对象：特点：灵敏度高、响应快；材料：SnO2,ZnO掺入激活剂(Pt)10USTspruan@126.com

2009-11 ZUST spruan@126.com 10 三.电阻式半导体气体传感器(气敏电阻) 原理: 利用半导体表面因吸附气体引起半导 体元件电阻值变化的特性. 对象:以可燃性气体为主要检测对象; 特点:灵敏度高、响应快； 材料：SnO2 , ZnO掺入激活剂（Pt） 1.表面控制型气敏电阻 2.体控制型气敏电阻 1.表面控制型气敏电阻