传感器原理及应用全套配套课件PPT动画教学大纲第10章 半导体传感器.ppt

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1、第10章半导体式化学传感器传感器原理与应用传感器原理及应用10.1气敏传感器10.2湿敏传感器10.3离子敏传感器第10章半导体传感器主要内容：传感器原理及应用第10章半导体传感器概述凡是用半导体材料制作的传感器都属于半导体传感器。半导体式传感器种类很多，其中包括：压阻元件、集成温度传感器、磁敏元件、光敏电阻、霍尔元件等。半导体传感器是典型的物理型传感器，它是利用某些材料的电特征的变化实现被测量的直接转换，如改变半导体内载流子的数目或改变PN结特性。半导体电特性被测量电信号本章主要介绍半导体型的电化学传感器传感器原理及应用第10章半导体传感器优点：传感器器件采用半导体加工工艺，因而没有相

2、对运动部件，结构简单；半导体材料容易实现集成化、智能化，低功耗，可用于便携式仪器的现场测试；缺点：受温度影响，需采用补偿措施；线性范围窄，性能参数离散性大。概述半导体式化学传感器是上世纪70年代后期诞生起来的新型传感器，主要是以半导体作为敏感材料，通过物理特性变化实现信号转换。如：气敏、湿敏、离子敏传感器。由于化学传感器转换机理复杂，目前半导体式化学传感器远不及电参数式物理量和其它传感器成熟。传感器原理及应用第10章半导体传感器气敏元件湿敏元件湿敏传感器半导体电化学传感器传感器原理及应用第10章半导体传感器甲烷、可燃气体报警器一氧化碳（CO）二氧化碳（CO2）二氧化硫（SO2）便携式酒精

3、含量测试仪酸度计纯水测试仪测量水质气敏传感器离子敏传感器湿度测试仪测量传感器原理及应用第10章半导体传感器10.1气敏传感器气敏传感器特点灵敏度较高，达10-6～10-3数量级，无需放大；可检测到可燃气体爆炸下限的1/10，用于泄漏报警;响应速度较慢。气敏传感器用于检测工业现场、环境气体浓度和成份工业天然气、煤气等易燃易爆的安全监测；容器或管道泄漏的检漏；酒后驾车的乙醇浓度检测；环境中的有害、有毒气体监测；空气净化、家电用品、宇宙探测；牙医口臭检查。传感器原理及应用第10章半导体传感器不同气体需采用各种不同气敏传感器的检测仪器一氧化碳（CO）矿用气体检测仪天然气、煤气等易燃易爆的安全监测

4、酒后驾车的乙醇浓度检测传感器原理及应用第10章半导体传感器二氧化硫（SO2）测试仪二氧化碳（CO2）检测仪氩气（Ar2）检测分析仪容器或管道泄漏的检漏可燃气体检漏仪传感器原理及应用第10章半导体传感器甲烷遥距测试仪可燃气体检测仪智能型甲烷检测报警仪便携式甲醛检测仪环境中的有害、有毒气体监测空气质量检测仪传感器原理及应用第10章半导体传感器半导体气体传感器按检测对象分类传感器原理及应用第10章半导体传感器10.1气敏传感器由于气体种类很多，性质各不相同，不可能用同一种气体传感器测量所有气体；所以检测不同气体需要选用不同型号的气敏传感器。按半导体的物理特性，可分为电阻型和非电阻型半导体气敏传

5、感器按工作原理分类传感器原理及应用第10章半导体式传感器电阻型气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值变化。氧气是具有负离子吸附倾向的气体，被称为氧化型气体——电子接收性气体；氢、碳氧化合物、醇类等是具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给性气体。10.1.1电阻型半导体气敏传感器氧气氢气---+++半导体电阻变化气体氧化反应还原反应传感器原理及应用第10章半导体式传感器当氧化型气体吸附到N型半导体上，使载流子减少，电阻率上升；当还原型气体吸附到N型半导体上，载流子增多，电阻率下降；当氧化型气体吸附到P型半导体上，载流子增多，电阻率下降；当还原型气

6、体吸附到P型半导体上，载流子减少，电阻率上升；10.1.1电阻型半导体气敏传感器气体与（N、P型）半导体接触时情况N型半导体多电子；P型半导体多空穴氧化型气体接收电子；还原型气体供给电子N--氧N----氢P++传感器原理及应用第10章半导体式传感器半导体是一种多晶材料，晶粒大小约为10-6cm，一个器件是由许许多多小颗粒组成，在晶粒连接处形成许多晶粒间界；正是这些晶粒间界的性质决定着多晶材料的导电特性，整个半导体块的电导由这些间界的导电性能决定的。(1)电阻型半导体气敏传感器工作机理气敏材料敏感机理n-SnO2气敏传感器是目前工艺最成熟的气敏器件，这种传感器以多孔质SnO2陶瓷为基本材

7、料，添加不同催化剂，采用传统制陶方法进行烧结。传感器原理及应用第10章半导体式传感器空气中—高阻状态由于空气中的氧化的作用，半导体（N型）材料的电子电荷被氧吸附，结果使传导电子减少，电阻增加，使器件处于高阻状态；空气中—氧化作用—氧吸附半导体电子—电阻增加.气敏器件与被测器体接触—电阻减小当气敏元件与被测气体(氢、醇类)接触时，会与传感器表面吸附的氧发生反应，将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。与气体接触时—吸