2-3傳感器與檢測技術(shù)課件

第二章：第三節(jié)氣敏電阻

氣敏電阻品種繁多，主要有可測量還原性氣體和測量氧氣濃度的兩大類。

使用氣敏電阻傳感器（以下簡稱氣敏電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號。

一、還原性氣體傳感器

所謂還原性氣體就是在化學(xué)反應(yīng)中能給出電子，化學(xué)價(jià)升高的氣體。還原性氣體多數(shù)屬于可燃性氣體，例如石油蒸氣、酒精蒸氣、甲烷、乙烷、煤氣、天然氣、氫氣等。測量還原性氣體的氣敏電阻一般是用SnO2、ZnO或Fe2O3等金屬氧化物粉料添加少量鉑催化劑、激活劑及其它添加劑，按一定比例燒結(jié)而成的半導(dǎo)體器件。

7/19/20231圖2-24

MQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路7/19/20232a）氣敏燒結(jié)體b）氣敏電阻外形c）基本測量轉(zhuǎn)換電路

1—引腳2—塑料底座3—燒結(jié)體4—不銹鋼網(wǎng)罩5—加熱電極6—工作電極7—加熱回路電源8—測量回路電源

MQN型氣敏半導(dǎo)體器件是由塑料底座、電極引線、不銹鋼網(wǎng)罩、氣敏燒結(jié)體以及包裹在燒結(jié)體中的兩組鉑絲組成。一組鉑絲為工作電極，另一組（下圖中的左邊鉑絲）為加熱電極兼工作電極。

氣敏電阻工作時必須加熱到200300℃，其目的是加速被測氣體的化學(xué)吸附和電離的過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用）。

7/19/20233氣敏電阻外形

酒精傳感器其他可燃性氣體傳感器7/19/20234酒精測試儀呼氣管7/19/20235酒精傳感器的選擇性7/19/20236

氣敏半導(dǎo)體的靈敏度特性曲線觀察右圖這些曲線，有何特點(diǎn)？可以得出哪些啟示？請說明非線性特性對濃度超限報(bào)警是否有利，為什么？7/19/20237家庭用煤氣報(bào)警器7/19/20238家庭用液化氣報(bào)警器7/19/20239一氧化碳傳感器7/19/202310其他氣體傳感器NH3傳感器甲烷傳感器7/19/202311二、二氧化鈦氧濃度傳感器圖2-26

TiO2氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)及測量轉(zhuǎn)換電路

a）結(jié)構(gòu)b）測量轉(zhuǎn)換電路

半導(dǎo)體材料二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導(dǎo)體，對氧氣十分敏感。其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧氣濃度。當(dāng)周圍氧氣濃度較大時，氧原子進(jìn)入二氧化鈦晶格，改變了半導(dǎo)體的電阻率，使其電阻值增大。

7/19/202312二、二氧化鈦氧濃度傳感器

半導(dǎo)體材料二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導(dǎo)體，對氧氣十分敏感。其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧氣濃度。當(dāng)周圍氧氣濃度較大時，氧原子進(jìn)入二氧化鈦晶格，改變了半導(dǎo)體的電阻率，使其電阻值增大。

圖2-26是用于汽車或燃燒爐排放氣體中的氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)圖及測量轉(zhuǎn)換電路。二氧化鈦氣敏電阻與補(bǔ)償熱敏電阻同處于陶瓷絕緣體的末端。當(dāng)氧氣含量減小時，RTiO2的阻值減小，Uo增大。

在圖b中，與TiO2氣敏電阻串聯(lián)的熱敏電阻Rt

起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，TiO2氣敏電阻的阻值會逐漸減小，只要Rt也以同樣的比例減小，根據(jù)分壓比定律，Uo不受溫度影響，減小了測量誤差。

7/19/202313圖2-26

TiO2氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)及測量轉(zhuǎn)換電路a）結(jié)構(gòu)b）測量轉(zhuǎn)換電路

1－外殼（接地）2－安裝螺栓3－搭鐵線4－保護(hù)管5—補(bǔ)償電阻6－陶瓷片7－TiO2氧敏電阻8－進(jìn)氣口9－引腳

7/19/202314氧濃度傳感器外形

可用于汽車尾氣測量7/19/202315汽車尾氣分析7/19/202316有毒氣體傳感器的使用7/19/202317第四節(jié)濕敏電阻傳感器

絕對濕度：是指大氣中水汽的密度，即每一立方米大氣中所含水汽的質(zhì)量(克數(shù))。相對濕度：是大氣中實(shí)有水汽壓與當(dāng)時溫度下飽和水汽壓的百分比，是日常生活中常用來表示濕度大小的方法。當(dāng)相對濕度達(dá)100%時，稱飽和狀態(tài)。

濕敏電阻的原理：水是一種強(qiáng)極性的電解質(zhì)。水分子極易吸附于固體表面并滲透到固體內(nèi)部，引起半導(dǎo)體的電阻值降低，因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二鋁等吸濕材料制作濕敏電阻。

7/19/202318濕度傳感器的分類

7/19/202319水蒸氣的凝結(jié)將給儀器設(shè)備帶來各種危害

7/19/202320濕度對電子元件的影響

當(dāng)環(huán)境的相對濕度增大時，物體表面就會附著一層水膜，并滲入材料內(nèi)部。這不僅降低了絕緣強(qiáng)度，還會造成漏電、擊穿和短路現(xiàn)象；潮濕還會加速金屬材料的腐蝕并引起有機(jī)材料的霉?fàn)€。7/19/202321露點(diǎn)

降低溫度會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。露點(diǎn)與農(nóng)作物的生長有很大關(guān)系，結(jié)露也嚴(yán)重影響電子儀器的正常工作，必須予以注意。

測量露點(diǎn)的儀器7/19/202322露點(diǎn)傳感器外形

7/19/202323電子濕度計(jì)模塊封裝后的外形7/19/202324電子式溫濕度計(jì)7/19/202325機(jī)械式、電子式溫濕度計(jì)對比7/19/202326陶瓷濕度傳感器特性曲線

在右圖所示的陶瓷濕度傳感器特性曲線中，縱坐標(biāo)的標(biāo)度有何特點(diǎn)？其電阻率變化約有多少個數(shù)量級？7/19/202327電子相對濕度儀表的標(biāo)定儀器

干濕球濕度計(jì)外形及原理干球濕球7/19/202328

用干濕球濕度計(jì)測量相對濕度的原理上頁中，左邊的玻璃溫度計(jì)（濕球）用濕棉球包裹，并浸沒在水槽里。濕棉球由于水份蒸發(fā)，所以其溫度低于室溫，致使?jié)袂虻氖局档陀诟汕颉２閷?yīng)的濕度表就可知道空氣的相對濕