第8章 半导体传感器1

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1、半导体传感器§8.1气敏传感器§8.2湿敏传感器气敏传感器用途：检测气体的类别、浓度、成分。分类：1、按传感器组成材料分表面控制型体控制型气体与半导体间电子接受，电导率变化，而化学成分不变。组成变而使电导率变化。半导体非半导体2、按物理性质分电阻型非电阻型利用其他参数检测。利用电阻值发生变化。二极管的伏安特性和场效应管的阈值电压一半导体气敏传感器的工作原理当半导体器件被加热到稳定状态时，气体在半导体表面产生氧化还原反应而导致敏感元件的阻值发生变化。从而测量出气体的浓度和种类。1、氧化性气体具有负离子倾向的气体（电子接收性气体），如：O2、NOx2、还原性气体具有正离子倾向的气体，

2、如：H2、CO、碳氢化合物。二半导体气敏传感器的类型和结构1、电阻型气敏传感器组成加热器电极、外壳敏感元件燃烧元件表面尘埃、加速吸附类型薄膜型厚膜型烧结型蒸发或射溅印刷到电极的基片上后烧结加热方式：直热式：将加热丝、测量丝埋入SnO2、ZnO等的粉末中烧结而成。测量丝测量器件的阻值。国产有QN型，日本费加罗TGS#109型旁热式：24133142特点：测量极和加热极分离，符号如上。2、非电阻型气敏传感器国产有QM-N5和日本费加罗TGS#812、813型162543125346MOS二极管气敏器件在P型半导体硅片上，利用加氧化工艺生成一层厚度为50～100nm的SiO2层，在其上

3、蒸发一层Pd的金属薄膜，作为栅电极P-SiM（Pd）SiO2CsCa二氧化硅层电容硅和二氧化硅界面电容当钯吸附H2以后，钯的功函数会降低，从而测量H2的浓度。MOS场效应晶体管气敏器件Pd作为栅极，利用H2在钯栅极吸附后引起阈值电压UT下降来测量H2的浓度。四半导体气敏传感器的应用三半导体气敏传感器的检测电路～输出RL器件分类检测对象气体应用场所爆炸性气体液化石油气、城市用煤气甲烷、可燃性煤气家庭煤矿、办事处环境气体氧气、二氧化碳、水蒸气（调节温度、防止结露）大气污染家庭、办公室电子设备、汽车温室有害气体一氧化碳（不完全燃烧的煤气）硫化氢、含硫的有机化合物卤素、卤化物、氨气等煤气

4、灶特殊场合特殊场合工业气体氧气、一氧化碳水蒸气（食品加工）发电机、锅炉电炊灶其它呼出气体中的酒精、烟矿井瓦斯超限报警电路4VA+SRP4.7KΩ10ΩR1R2220KΩ8Ω47μFLC179VSQM-N5当无瓦斯或瓦斯浓度很低时，QM—N5的A—B极间电阻很大，电位器RP滑动触点电压小于0.7V，VS不被触发，警笛声电路无电源不发声；当瓦斯气体超过安全标准时，A—B极间电阻迅速减小，当RP滑动触点电压大于0.7V，VS被触发导通，警笛电路得电发出报警声。有害气体报警电路ABQM-N10RP5.1Ω1KΩC2C1VTKD956110KΩ120KΩ+6V当传感器接触到有害可燃气体后，

5、A-B间电阻变小，B点电位升高并向C2充电，当充电电位达到U850导通电位（约1.4V），VT导通，驱动报警器KD9561报警。一旦有害气体浓度降低，使B电位低于1.4V时，VT截止，报警解除。若将本电路的负载改为继电器，如图9-7（b）所示，即可成为自动排气控制装置。防止酒后开车控制器VD1VD2K2+12V7809ABQM-J1+K2-1K1-1K1-2K1K2-2C1C2R2R1R8R3R4R5R6R7_U1U2U3发电机点火装置1526483555若司机没有喝酒，或酒精浓度较低时，在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件间电阻很高，Ua为高电平，则U1为低电平，555定时器截止

6、，U3为高电平，K2线圈失电，其常闭触点K2-2闭合，绿灯VD1亮，常闭触点K2-1闭合，发动机点火起动。若司机酗酒，气敏器件阻值急剧下降，使Ua为低电平，则U1为高电平，555定时器导通，U3为低电平，继电器K2带电吸合，K2-2常闭触点断开，常开触点闭合，红灯VD2亮，以示警告，常闭触点K2-1断开，发动机无法其动。若司机拔出器敏器件，则继电器K1失电，其常开触点K1-1断开，仍然无法起动发动机。