传感器及应用 第2版 教学课件 作者 王煜东 传感器第7章.ppt

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1、传感器及应用第7章要点：1.气体检测的内容2.气体传感器的类型，烧结型气体传感器的特性3.氧气传感器的原理4.湿度的概念和检测方法，湿度传感器的类型及特性5.湿度传感器传感器的应用注意事项、阻容值的测量方法、加热去污和基本应用电路。第7章气体与湿度传感器及应用气体传感器可以识别气体的种类，测定气体的含量，广泛应用于一些生产过程和安全防范技术中。湿度检测对科研、工农业生产和节人们的生活环境都有着重要的意义。主要内容●7.1气体传感器及应用●7.2湿度传感器及应用气体检测的内容主要包括对可燃气体和有害气体的监测与报警，以防火灾、爆炸等事故发生；对混合气体中氧含量的检测与分析，

2、以提高塑料大棚作物的产量，提高锅炉和汽车发动机汽缸的燃烧效率，减少环境污染等等。7.1.1可检测气体的种类与性质1.可检测气体的种类目前已开发的气体传感器能够检测气体的种类和主要检测场所见表7-1。7.1气体传感器及其应用2.可燃性气体的爆炸极限及允许浓度见表7-2。7.1.2气体传感器气体传感器是将气体中所含某种特定气体的成分或含量转换成相应的电信号的器件或装置。气体传感器的种类有：利用物理现象的气体传感器有热传导式、热敏电阻式、红外吸收光谱式；利用材料对气体的吸附反应的半导体类；利用化学效应的电化学类，如恒电位电解式、氧浓差电池（固体电解质型）等。在各类气体传感器中，

3、半导体传感器除了对气体选择性稍差外，几乎集中了其他各类的全部优点：灵敏度高、体积小、价格便宜、使用维修方便、应用面广，是气体传感器发展的主要方向。半导体气敏传感器的类型可分电阻型和非电阻型两大类。电阻型有表面电阻型如氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）等和体电阻型（Fe2O3）系列；非电阻型有MOS场效应管型、二极管型（表面电流型-氢敏传感器）。（1）表面控制型气体传感器的结构类型：烧结型、薄膜型及厚膜型三种。结构：烧结型SnO2气体传感器的结构与符号如图7-1所示。按加热方式分为直热式和间热式两种。图7-1烧结型气体传感器直热式的结构与符号a）结构1、2，3、4—直热式

4、热子兼电极2、5—间热式热子1、3，4、6—间热式电极7—SnO2烧结体8—绝缘瓷管1.表面电阻控制型气体传感器图7-1烧结型气体传感器间热式的结构与符号b）符号1、2，3、4—直热式热子兼电极2、5—间热式热子1、3，4、6—间热式电极7—SnO2烧结体8—绝缘瓷管国产直热式气敏传感器有QN型和MQ型，其外形如图7-2所示。国产QM-N5等为间热式结构。图7-2部分国产半导体气敏元件的外形图a)HQ系列b)QN系列c)MQ系列（2）烧结型气体传感器工作特性①气敏特性：遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可燃性)气体，材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时，材料表面层

5、电阻率增大。在检测前，材料表面已经吸着氧，所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃范围内。②温湿度特性：SnO2传感器的阻值随温度、湿度上升而有规律地减小。因此除尽量保持恒温、恒湿外，其有效措施是选用温湿度特性好的气敏元件及在电路中进行温湿度补偿。③初期恢复特性及初期稳定特性：经短期存放再通电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7天到15天后的初期恢复时间一般约在2～5min之内。当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高出正常值20％左

6、右，而以后慢慢恢复至正常稳定值，这一特性亦称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有关，直热式较长，傍热式较短。为缩短初期恢复时间和初期稳定时间，在开始使用时，要进行一段时间的高温处理，同时在构成控制电路时应加延时电路。（3）主要检测对象烧结型气体传感器主要检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、酒精、硫化氢等。2.表面电流变化型气敏传感器表面电流变化型气敏传感器有Pd-TiO2氢敏二极管和MOS场效应氢敏传感器。MOS场效应氢敏传感器即Pd-MOSFET的伏安特性如图7-3所示。3DOH是一种新型氢敏传感器集成电路，如图7-4所示。图7-3Pd-MOSFET的ID-

7、UDS曲线图7-43DOH氢敏传感器a）外部管脚排列b）内部结构示意图3.固体电解质气敏传感器具有离子导电性而无电子导电性的固体材料称为固体电解质。用适当的固体电解质作隔膜，Pt多孔薄膜作电极，制成电化学电池，即构成对气体有选择性的气敏传感器。图7-5汽车用氧浓淡电池结构1、3—Pt电极2—固体电解质如图7-5所示为用于测量汽车引擎空燃比的ZrO２-Y2O3氧浓淡电池结构。氧浓度高的一侧电位为正，氧浓度低的一侧电位为负。7.2.1湿度的概念和检测方法1.气体的湿度气体的湿度是指大气中水蒸气的含量。7.2湿度传感器及其应用表7-