[管理]气敏元件测试

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1、实验7?扎就桔料槌饶检测一、实验目的1•了解气敏材料性能的测试方法2.了解气敏材料测试仪的基本操作方法二、概述气体传感器属于化学传感器，它是利用传感器与被测气体进行化学反应，并把反应结果转换成电信号再加以检测。气体传感器种类繁多，分类方式也不少。可以按照使用的材料来分•如半导体气体传感器，固体解质气体传感器等。气体传感器屮最核心、最重耍的部件就是传感元件屮的气体敏感材料，气体敏感材料对特种气体的灵蝕度和选择性以及稳定性等等性能的好坏是这种气体传感器优劣的标志，所以气敏材料的研究是科技工作者的研究重点。一种良好的气体传感器需要在以下几个方面体现其优越性，这几种主要参数特性如下：（1）灵敏度：气

2、敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标,它是气敏传感器的一个重要参数。灵敏度表示气休敏感元件的电参量与被测气体浓度Z间的依从关系，一般采用电阻比（或电压比）来表示灵敏度s：S=Ra/Rg=Vg/Va（对n型半导体）S=Rg/Ra=Va/Vg（对p型半导休）（其中Ra表示电阻型气敏兀件在洁净空气小的电阻值，称为气敏元件的固有电阻值,Rg表示在被测气体中的电阻值称为实测电阻值）（2）响应时间与恢复时间：气敏元件的响应时间表示在工作温度下、气敏元件对被测气体的响应速度，一般指气敏元件与一定浓度被测气体开始接触时，到气敏元件电阻变化值达到［Ra-Rg］值的80%所需的时间。一般用符

3、号L表示。而恢复时间表示在工作温度下，被测气体从该元件上解吸的速度。一般从气敏元件脱离被测气体开始计时，直到其电阻变化值达到［Ra-Rg］值的80%为止，所需的吋间称为恢复吋间。通常用符号表示。（3）选择性：在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力称为选择性。对某种气体的选择性好就表示气敏元件对它冇较高的灵敏度。选择性是气墩元件的重要参数。(4)稳定性：当气体浓度不变，若其它条件发生变化时，在规定的时间内气敏元件输出特性维持不变的能力称为稳定性。稳定性表示气敏元件对气体浓度以外的各种因素的抵抗能力。(5)加热电压和加热功率：气敏元件一般在一定温度下工作。为气敏元件捉供必要的工作温度

4、的加热电路的电压称为加热电阻，常用符号Vh表示。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，常用符号Ph表示。三、一般表面电阻控制型气体传感器的工作原理在晶体表面，原子性质特别活泼，很容易吸附气体分子。吸附形式有物理吸附和化学吸附两种。物理吸附的吸附力主要是Vanderwaals力，发生物理吸附时吸附分子和同体表而组成都不会改变，发生在较低温度。发生化学吸附时吸附分了与固体表面间有某种化学作用，即它们Z间有电了的交换，转移或共有，从而可导致原子的重排、化学键的形成与破坏，发生在较高温度。曲于吸附本质不同，物理吸附和化学吸附在吸附热、吸附速度、吸附的选择性、吸附层数，发生吸附的温度，解吸

5、状态等方面都有明显的差异。对于氧化物半导体来说，通常在表而上总冇一层以化学吸附形式存在的氧。在上述基木理论的基础上，就容易理解表面电阻控制型气体传感器的基木工作原理。这里以N型半导体气敏材料为例，当N型半导体气敏感应体表面吸附氧吋，氧原子将从表面内获得电子而成为带负电荷的吸附态氧，从而导致表面势垒升高，电导率下降。当表面接触到待测气体如H2>CO等还原性气体时，吸附态氧将与Z发生的反应，反应释放出的电子重新回到半导体表而内，使表而势粒界图一气敏材料的能带变化图垒降低，电导率回升。相应地半导体表而能带变化的情况图1所示。这样，利用表面电阻的变化就可以检测出还原性气体的存在。四、实验仪器HW—3

6、0A型气敏元件测试仪我们所用测试系统由河南汉威电子冇限公司开发。一次能同时对64或30支气墩元件进行测试。通过对测试数据的处理，能以图形曲线和数据两种方式显示气敏元件的特性，测试系统主要以下特点：1.可显示气敏兀件负载输出电压；2•能计算元件电阻值、电压灵敏度和电阻灵敏度；2.能计算元件的响应时间、恢复时间；3.以形象的界面对所测试元件进行虚拟列阵、编号；4.口J将气敏元件负载输出电压随时间变化的特性曲线在测试过程中动态显示。Vh•%以±,VGA显卡，推缆、配气箱等组成。界而和操作过程。气敏测试系统由硕件，软件两部分组成。根据一般用户的需要，本系统配置一块数据采集模厂十系统硬件曲PG荐分辨率

7、800X600吵_软件由window本系统采用屯流屯压测试法，基本测试原理见下图:图二测试原理图系统提供气皱元件工作加热电源Vh,回路电源Vc,通过测试与气皱元件吊联的负载电阻R1上的电压Vout來反应气敏元件的特性。五、实验步气敏元件的制作和检测具体过程如下：(1)加加热丝：把涂覆有待测气皱材料的瓷管当中穿入加热丝;常见的半导体气敏元件-•般由敏感元件体、加热器、底座、防爆网等组成,其外部结构如图3所示：-