7.1可燃气体检测（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

● 项目——环境量检测 ●任务——可燃气体检测（气体测量传感器） 1 ► 任务导入 气体测量传感器 ► 气体传感器（气敏传感器） 气体测量传感器 定义：是用来测量气体的类型、浓度和成分的传感器，是一种能把气体中的特定成分检测出来，并将成分参量转换成电信号的器件或装置，以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息。 应用 √ 有检测饮酒者呼气中的酒精含量的传感器 √ 坑内沼气警报器 √ 测量汽车空燃比的氧气传感器 √ 家庭和工厂中的煤气泄漏传感器 √ 火灾之后检测建筑材料发出的有毒气体传感器 3 ► 气体传感器（气敏传感器） 气体测量传感器 定义：是用来测量气体的类型、浓度和成分的传感器，是一种能把气体中的特定成分检测出来，并将成分参量转换成电信号的器件或装置，以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息。 分类 物理型传感器 导电能力的大小是由半导体内载流子数目决定的，利用被测量来改变半导体内载流子数目，就可以构成以半导体为敏感元件的各种传感器。 利用某些材料的电特征的变化 4 气体传感器 半导体气体传感器 固体电解质气体传感器 组合电位型传感器 气体传感器 1. 电阻型半导体气体传感器 ►半导体气体传感器 （1）电阻型半导体气体传感器的材料 √ 定义：简称气敏电阻，气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成。 N型 半导体 氧化锡 氧化铁 氧化锌 氧化钨 P型 半导体 氧化钴 氧化铅 氧化铜 氧化镍 合成材料+催化剂 钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag） 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性 气体传感器 1. 电阻型半导体气体传感器 ►半导体气体传感器 （2）电阻型半导体气体传感器的工作原理 √ 定义：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而制成。 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。 通常器件工作在空气中，空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。 一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧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。 √ 气敏电阻的工作过程 ►电阻型半导体气体传感器 N型半导体吸附气体时器件阻值变化图 √ 空气中气体含量恒定，器件阻值也相对固定。 √ 若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。 可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度 N型 半导体 SnO2 ZnO TiO2 P型 半导体 MoO2 Cr2O3 气体测量传感器 7 气体传感器 1. 电阻型半导体气体传感器 ►半导体气体传感器 （3）气敏电阻的结构 √ 在常温下，电导率变化并不大，达不到检测目的，因此电阻型气敏元件通常工作在高温状态。 敏感元件 √ 作用： ① 加速气体吸附和氧化还原反应，提高灵敏度和响应速度 ② 使附着在壳面上的油雾、尘埃烧掉。 加热时间2～3分钟，一般加热到摄氏200-400度。 加热电源一般为5V。 气敏元件都有电阻丝加热器 敏感元件 加热器 金属外壳 ► 半导体气体传感器 1. 电阻型半导体气体传感器 （3）气敏电阻的分类 气敏元件种类 烧结型 薄膜型 厚膜型 ► 半导体气体传感器 2.非电阻型半导体气体传感器 √ 定义：利用MOS二极管的电容-电压特性的变化以及MOS场效应晶体管的阈值电压变化等特性而制成的气体传感器。 √ 特点：制造工艺成熟，便于器件集成化，性能稳定价格便宜。利用特定材料还可以使传感器对某些气体特别敏感。 ► 气体传感器的应用 1、可燃气体泄漏报警器 用QM-N10做气敏元件的可燃性气体检测电路，可以用于家庭对煤气、一氧化碳、液化石油气等泄露实现检测报警。 √ 各类易燃、易爆、有毒、有害气体的检测和报警都可以用相应的气敏传感器及其相关电路来实现，如气体成分检测仪、气体报警器、空气净化器等已用于工厂、矿山、家庭、娱乐场所等。 气体测量传感器 ► 气体传感器的应用——防止酒后驾车控制器 气体测量传感器 √ 若司机没喝酒，在驾驶室内合上开关S，此时气敏器件的阻值很高，Ua为高电平，U1低电平，U3高电平，继电器K2线圈失电，其常闭触点K2-2闭合，发光二极管VD1通，发绿光，能点火启动发动机。 酒敏元件 12 ► 气体传感器的应用——防止酒后驾车控制器 气体测量传感器 √ 若司机酗酒，气敏器件的阻值急剧下降，使Ua为低电平，U1高电平，U3低电平，继电器K2线圈通电，K2-2常开触头闭合，发光二极管VD2通，发红光，以示警告，同时常闭触点K2-1断开，无法启动发动机。 13 ► 气体传感器的应用——防止酒后驾车控制器 气体测量传感器