气敏和湿敏传感器.ppt

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1、第三章新型传感器第一节气敏传感器气敏传感器的定义：是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息。气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合式气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。自动检测技术一、半导体式气敏传感器的结构及工作原理半导体式气敏传感器：利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质发生变化的原理来检测特定气体的成分或者浓度半导体式气敏传感器可分为：电阻式非电阻式自动检测技术半导体式气敏传感器电阻式烧结型薄膜型厚膜型二极管气

2、敏传感器MOS二极管气敏传感器Pd—MOSFET气敏传感器非电阻式半导体式气敏传感器的分类1、分类自动检测技术SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型应用最广泛性。其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。（1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)直热式气敏器件结构及符号1234SnO2烧结体加热极兼电极(a)结构4321(b)符号由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。因其热容量小、稳定性

3、差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。2、电阻式气敏传感器的结构（2）旁热式SnO2气敏元件加热器电阻值一般为30Ω～40Ω电极加热器瓷绝缘管旁热式气敏器件结构及符号SnO2烧结体123456（a）结构（b）符号自动检测技术是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处（化学吸附）。当氧化型气体吸附到N型半导体（S

4、nO2,ZnO)上，还原型气体吸附到P型半导体(CrO3)上时，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大。当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。3、基本原理自动检测技术N型半导体吸附气体时器件阻值变化图自动检测技术P型半导体吸附气体时器件阻值变化图自动检测技术规则总结：氧化型气体＋N型半导体：载流子数下降，电阻增加还原型气体＋N型半导体：载流子数增加，电阻减小氧化型气体＋P型半导体：载流子数增加，电阻减小还原型气体＋P型半导体：载流子数下降，电阻增加自动检测技术气敏电阻式传感器基本测量电路如下图所示。测量电路包括加热回路和测试回路两

5、部分。(a)QM－N5测量电路；(b)TGS812测量电路；(c)TGS109测量电路4、基本测量电路自动检测技术1.袖珍式气体检漏仪7/30/202111二、气敏传感器的应用自动检测技术第二节湿敏电阻传感器一、湿度的定义及其表示方法湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法：绝对湿度（AH）：绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸气的质量，其数学表达式为相对湿度（%RH）：相对湿度是指待测空气中实际所含的水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其数学表达式为：相对湿度给出了大气的潮湿程度。实际中常用。湿敏传感器：就是一种能将被测环境湿度转换成电信号的装置。主要由两个部分组成

6、：湿敏元件和转换电路，除此之外还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设备等界限电流式湿敏传感器湿敏传感器电阻式电容式其它电解质式陶瓷式高分子式陶瓷式高分子式光纤湿敏传感器二极管式、石英振子、SAW式、微波式、热导式等二、湿敏传感器的分类自动检测技术（1）电阻湿度系数大，性能稳定；（2）相对湿度在0～100%范围内变化时，其电阻值能有规律地变化且重复性好，响应速度快，老化效应小等特点。对显敏电阻的基本要求：三、陶瓷电阻式湿度传感器陶瓷电阻式湿度传感器的结构、外形及测量转换电路框图1－基板；2－金电极；3－Fe3O4胶体膜；4－引线自动检测技术7/30/202115四、陶瓷电容式

7、湿度传感器1.结构陶瓷电容式湿度传感器的结构由多孔氧化铝感湿膜、铝基片和金电极等构成。其结构如下图所示。2.陶瓷电容式湿度传感器的特性Al2O3薄膜组成的陶瓷电容式湿度传感器在气孔中有一定水汽吸附时，随着环境湿度的变化，膜电阻和膜电容都将改变。其特性曲线如下图所示在低湿度时，曲线线性良好，到高湿度时线性变差，若湿度进一步提高，特性曲线变得平缓。7/30/202116自动检测技术7/30/202117五、湿敏电阻传感应用1.高湿度显示