气敏湿敏电阻传感器的应用.ppt

《气敏湿敏电阻传感器的应用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、广东机电职业技术学院------传感器及应用项目九：气敏、湿敏电阻传感器的应用功用：检测环境气体成分及浓度、检测环境湿度，并对其进行控制和显示的重要器件。应用领域：在环境保护、家用电器、消防、农业生产和安全生产等方面。气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所家庭用煤气报警器RK-2000P可燃气体报警器采用高档CPU及高精度A/D转换器设计而成，可同时挂接多只探测器，当被检测气体浓度超过报警设定值时，仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动，从而阻止或降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。一、气敏电阻传感器气敏电阻工

2、作原理：主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。气体的成分、浓度等参数变化电阻发生变化转换为电流、电压信号↓↓气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。气敏电阻工作原理动画演示1．还原性气体传感器所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子，化学价升高的气体。还原性气体多数属于可燃性气体等.氢气、一氧化碳，硫化氢,甲烷，一氧化硫。测量还原性气体的气敏电阻一

3、般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中,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。该类气敏元件通常工作在高温状态（20

4、0~450℃）,目的是为了加速上述的氧化还原反应。烧结型气体传感器的工作特性（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。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有高温稳定性的半导体材料只有金属氧化物，常见的是SnO2和ZnO。直热式的加热丝兼作电极。其结构简单、成本低、功耗小；但热容量小，易受环境气流影响；因加热丝热胀冷缩，易使之

5、与材料接触不良；在测量电路中，信号电路和加热电路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。（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7～15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，

6、在一段时间内传感器阻值一般高出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值，这一特性称作初期稳定特性。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。若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块硅片上，则构成集成气敏传感器。（4）主要检测对象烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、氢气、酒精、硫化氢等。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

7、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100~300℃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。氧化锡、氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如下图（b）所示。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,结构如图所示,1和2是加热电极,3和4是气敏电阻的一对电极。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

8、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。气敏元件的基本测量电路,MQN型气敏电阻结构及测量电路1－引脚2－塑料底座3－烧结体4－不锈钢网罩5－加热电极6－工作电极7－加热回路电源8－测量回路电源NH3传感器甲烷传感器酒精传感器其他还原性气体传感器手持数字酒精测试仪呼气管酒精传感器的选择