半导体气体传感器简介2010.ppt

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1、半导体气体传感器简介主讲：祁明锋安全环保健康传感器的基本概念半导体气体传感器炜盛半导体气体传感器简介费加罗半导体气体传感器简介新型半导体气体传感器简介目录传感器的基本概念半导体气体传感器炜盛半导体气体传感器简介费加罗半导体气体传感器简介新型半导体气体传感器简介目录1、什么是传感器？能够采集信息并把采集到的信息转化为人们更易识别的信号（如电号、声信号、光信号、数字信号等），凡是具有这种功能的部件或装置，统称为传感器。2、什么是气体传感器？能够采集气体的某些信息（如：浓度、种类）并把采集到的信息转化为人们更易识别

2、的信号（如电信号、声信号、光信号、数字信号等）,凡是具有这种功能的部件或装置，就是气体传感器。一、传感器基本概念气体传感器分类：化学类气体传感器:半导体气体传感器、催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器，热线气体传感器等。物理类气体传感器:光电传感器、热电传感器、压电传感器、磁电传感器、气电传感器、波式和射线射线传感器等。3、气体传感器的分类灵敏度：元件在规定的工作条件下，其在一定的气体浓度下的输出（电压、电流、电阻等，下同）与洁净空气或参比气体中的输出的差值或比值。响应时间：传感器接触的气体浓度发生阶跃变化时

3、，其输出变化达到稳定值的规定的百分比（一般为70%或90%）时所需的时间。选择性：指传感器对气体种类的识别能力。稳定性：在规定的工作条件下和一定的工作周期内，传感器的输出变化不超过允许误差的能力。线性度：传感器的实际输出值曲线与某一规定直线的偏离程度。初始稳定特性：传感器在存放后重新开始工作时初始输出达到稳定的时间。寿命：在一定的工作条件下，传感器的输出变化超过允许误差的时间。零点：传感器在洁净空气或参比气体中在规定工作条件下的输出值。灵敏度漂移：传感器在规定的工作条件下其灵敏度的变化。分辩率：传感器在规定测

4、量范围内可能检测出的被测量的最小变化量。12爆炸下限：可燃性气体、蒸气或粉尘与空气组成的混合物能使火焰传播的最低浓度称为该气体或蒸气的爆炸下限。ppm：百万分之一。ppb：十亿分之一。mg/m3转换为ppm：1mg/m3=(22.4/M)*(273+t)/273ppmM：相对分子量，t：环境温度（℃）4、气体传感器常用术语3选择性：指传感器对气体种类的识别能力。在完全未知的气体环境中（即完全不知道环境中有哪几种气体）传感器不能告诉人们探测到的是什么气体，即半导体式的气体传感器不具有本质的选择性；在已知的气体环

5、境里（即人们知道要探测环境里存在哪些气体）可实现相对的选择性探测。如GB15322规定，可燃性气体探测器在1000ppm乙醇蒸气中浸泡10分钟不得发出警报信号，即是基于在家庭环境最常见的干扰气体就是乙醇。初始稳定特性：传感器出厂之前都要通过较长时间的老化以使其各项性能趋于稳定。老化后的传感器在经过冷置以后，无论时间长短，在上机调试前，都必须经过一定时间（一般在几十分钟到48小时不等）的老化预热，传感器的各项性能才会重新稳定下来。经过冷置存放后的传感器，通电瞬间传感器敏感体的电阻会急剧下降，后逐渐变大至稳定，整

6、个过程所需要的时间取决于存放环境以及冷置时间的长短，在洁净环境中存放时间不超过10天时初始稳定时间会在30分钟以内，其它情况下应不少于48小时。功耗：半导体气体传感器需要消耗能量以保持所需的工作温度，器件的功耗与敏感材料、元件结构及所要检测的气体种类密切相关。一般情况下旁热式元件的功耗会大一些（管式元件约750-900mW，平面元件不超过400mW），直热式元件（除三氧化二铁元件外）及自加热元件功耗要小一些（一般小于250mW）。功耗对便携式仪器来讲是一个重要指标。不同结构的半导体气敏器件的差异：旁热式元件有

7、更好的稳定性，敏感体材料与引线接触的更紧密，信号不交叉，但功耗大；直热式元件体积小，功耗小，但是，敏感体材料易与引线接触不良，加热与测试信号易交叉，因此，稳定性次于旁热式元件；自加热元件体积小，功耗低，使用方便，稳定性较差。传感器的基本概念半导体气体传感器炜盛半导体气体传感器简介费加罗半导体气体传感器简介新型半导体气体传感器简介目录二、半导体气体传感器1、半导体气体传感器的起源半导体气敏材料的发展可追溯到1931年，P.Braver等发现CuO的电导率随水蒸气的吸附而改变。1948年J.Gray发现CuO2薄

8、膜在200度左右存在气敏性，而200度以下却没有。1962年日本清山哲郎与田口尚义等对ZnO、SnO2薄膜的开创性研究，使气敏材料和传感器才真正发展起来。2、半导体气体传感器的工作原理金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面，半导体表面的电子会被转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动（见