氣敏傳感器的工作原理和應用簡介.ppt

,氣敏傳感器,組員：章凱凱 孫赟 陳玉寶,氣 敏 傳 感 器,用半導體氣敏元件組成的氣敏傳感器主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預報和自動控制, 氣敏元件是以化學物質的成分為檢測參數(shù)的化學敏感元件。,氣敏電阻的工作原理,氣敏電阻的材料是金屬氧化物, 在合成材料時, 通過化學計量比的偏離和雜質缺陷制成, 金屬氧化物半導體分N型半導體, 如氧化錫、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢等,P型半導體, 如氧化鈷、 氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等。為了提高某種氣敏元件對某些氣體成分的選擇性和靈敏度, 合成材料有時還滲入了催化劑, 如鉑（Pt）、銀（Ag）等。,通常器件工作在空氣中, 空氣中的氧和NO2 這樣的電子兼容性大的氣體, 接受來自半導體材料的電子而吸附負電荷, 結果使N型半導體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導電子減少, 使表面電導減小, 從而使器件處于高阻狀態(tài)。一旦元件與被測還原性氣體接觸, 就會與吸附的氧起反應, 將被氧束縛的電子釋放出來, 敏感膜表面電導增加, 使元件電阻減小。,氣敏電阻的工作原理,例如, 用氧化錫制成的氣敏元件, 在常溫下吸附某種氣體后, 其電導率變化不大, 若保持這種氣體濃度不變, 該器件的電導率隨器件本身溫度的升高而增加, 尤其在100300范圍內(nèi)電導率變化很大。顯然, 半導體電導率的增加是由于多數(shù)載流子濃度增加的結果。,圖示,氣敏元件的基本測量電路, 如圖9 - 1（a）所示, 圖中EH為加熱電源, EC為測量電源, 電阻中氣敏電阻值的變化引起電路中電流的變化, 輸出電壓（信號電壓）由電阻Ro上取出。 特別在低濃度下靈敏度高, 而高濃度下趨于穩(wěn)定值。 因此, 常用來檢查可燃性氣體泄漏并報警等。,圖示,由上述分析可以看出, 氣敏元件工作時需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多。因此, 氣敏元件結構上, 有電阻絲加熱, 結構如圖9 - 2所示, 1和2是加熱電極, 3和4是氣敏電阻的一對電極。,氣敏傳感器的應用,氣敏電阻元件種類很多, 按制造工藝上分燒結型、薄膜型、厚膜型。,燒結型,燒結型氣敏元件將元件的電極和加熱器均埋在金屬氧化物氣敏材料中, 經(jīng)加熱成型后低溫燒結而成。 目前最常用的是氧化錫（SnO2）燒結型氣敏元件, 它的加熱溫度較低, 一般在200300, SnO2氣敏半導體對許多可燃性氣體, 如氫、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有較高的靈敏度。,氧化鋅（ZnO）薄膜型氣敏元件以石英玻璃或陶瓷作為絕緣基片, 通過真空鍍膜在基片上蒸鍍鋅金屬, 用鉑或鈀膜作引出電極, 最后將基片上的鋅氧化。氧化鋅敏感材料是N型半導體, 當添加鉑作催化劑時, 對丁烷、丙烷、乙烷等烷烴氣體有較高的靈敏度, 而對H2、CO2等氣體靈敏度很低。若用鈀作催化劑時, 對H2 、CO有較高的靈敏度, 而對烷烴類氣體靈敏度低。因此,這種元件有良好的選擇性, 工作溫度在400500的較高溫度。,薄膜型,厚膜型,厚膜型氣敏元件將氣敏材料（如SnO2、ZnO）與一定比例的硅凝膠混制成能印刷的厚膜膠。把厚膜膠用絲網(wǎng)印刷到事先安裝有鉑電極的氧化鋁（Al2O3）基片上,在400800的溫度下燒結12小時便制成厚膜型氣敏元件。用厚膜工藝制成的器件一致性較好, 機械強度高, 適于批量生產(chǎn)。,小結,以上三種氣敏器件都附有加熱器, 在