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1、,气敏传感器,组员：章凯凯 孙赟 陈玉宝,气 敏 传 感 器,用半导体气敏元件组成的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, 气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。,气敏电阻的工作原理,气敏电阻的材料是金属氧化物, 在合成材料时, 通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成, 金属氧化物半导体分N型半导体, 如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等,P型半导体, 如氧化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度, 合成材料有时还渗入了催化剂, 如铂（Pt）、银（Ag）等。,通常器件工作在空气
2、中, 空气中的氧和NO2 这样的电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。,气敏电阻的工作原理,例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100300范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于多数载流子浓度增加的结果。,图示,气敏元
3、件的基本测量电路, 如图9 - 1（a）所示, 图中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。,图示,由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图9 - 2所示, 1和2是加热电极, 3和4是气敏电阻的一对电极。,气敏传感器的应用,气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。,烧结型,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
4、气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。 目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200300, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。,氧化锌（ZnO）薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶瓷作为绝缘基片, 通过真空镀膜在基片上蒸镀锌金属, 用铂或钯膜作引出电极, 最后将基片上的锌氧化。氧化锌敏感材料是N型半导体, 当添加铂作催化剂时, 对丁烷、丙烷、乙烷等烷烃气体有较高的灵敏度, 而对H2、CO2等气体灵敏度很低。若用钯作催化剂时, 对H2 、CO有较高的灵敏度, 而对烷烃类气体灵敏度低。因此,这种元件有良好的选择性, 工作温度在400500的较高温度。,薄膜型,厚膜型,厚膜型气敏元件将气敏材料（如SnO2、ZnO）与一定比例的硅凝胶混制成能印刷的厚膜胶。把厚膜胶用丝网印刷到事先安装有铂电极的氧化铝（Al2O3）基片上,在400800的温度下烧结12小时便制成厚膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较好, 机械强度高, 适于批量生产。,小结,以上三种气敏器件都附有加热器, 在实际应用时, 加热器能使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉, 同时加速气体氧化还原反应, 从而提高器件的灵敏度和响应速度。,THE END 3Q,
