项目五 气体和湿度传感器（课件）- 《传感器与检测技术应用》同步教学（人民邮电版）

项目五　气敏和湿度传感器 8.1 气体传感器 8.2 湿度传感器 8.3 气体和湿度传感器的应用 8.4 实训 5.1 气敏传感器 气敏传感器是一种把气体中的特定成分检测出来,并将它转换为电信号的器件,以便提供有关待测气体的存在及浓度大小的信息。见表5-1。 气敏传感器的性能必须满足下列条件： （1）能够检测并能及时给出报警、显示与控制信号； （2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感； （3）性能稳定性、重复性好； （4）动态特性好、响应迅速； （5）使用、维护方便，价格便宜。 表5-1 气敏传感器主要检测对象及其应用场所 分类 检测对象气体 应用场合 易燃易爆气体 液化石油气、焦炉煤气、发生炉煤气、天然气 甲烷 氢气 家庭用 煤矿 冶金、试验室 有毒气体 一氧化碳（不完全燃烧的煤气） 硫化氢、含硫的有机化合物 卤素，卤化物，氨气等 煤气灶等 石油工业、制药厂 冶炼厂、化肥厂 环境气体 氧气（缺氧） 水蒸气（调节湿度，防止结露） 大气污染（SOx,NOx,CL2等） 地下工程、家庭 电子设备、汽车、温室 工业区 工业气体 燃烧过程气体控制，调节燃/空比 一氧化碳（防止不完全燃烧） 水蒸气（食品加工） 内燃机，锅炉 内燃机、冶炼厂 电子灶 其它灾害 烟雾，司机呼出酒精 火灾预报，事故预报 半导体型气敏传感器 半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度的气体传感器。 半导体气体传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。见表5-2。 电阻式是用氧化锡、氧化锌等金属氧化物材料制作。 非电阻式是一种半导体器件。 表5-2 半导体气敏传感器的分类 主要的物理特性 传感器举例 工作温度 代表性被测气体 电阻式 表面控制型 氧化锡、氧化锌 室温～450οC 可燃性气体 体控制型 LaI-xSrxCoO3，FeO氧化钛、 氧化钴、氧化镁、氧化锡 300～450οC 700οC以上 酒精、可燃性气体、氧气 非电阻式 表面电位 氧化银 室温 乙醇 二极管整流特性 铂/硫化镉、铂/氧化钛 室温～200οC 氢气、一氧化碳、酒精 晶体管特性 铂栅MOS场效应管 150οC 氢气、硫化氢 1. 表面控制型气体传感器 平常器件工作在空气中，空气中的O2和NO2，接受来自N型半导体材料敏感膜的电子吸附，表现为N型半导体材料敏感膜的表面传导电子数减少，表面电导率减小，器件处于高阻状态。 一旦器件与被测气体接触，就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚的电子释放出来，使敏感膜表面电导率增大，器件电阻减少。 目前常用的材料为氧化锡和氧化锌等较难还原的氧化物，也有研究用有机半导体材料的。 在这类传感器中一般均参有少量贵金属（如Pt等）作为激活剂。 这类器件目前已商品化的有SnO2、ZnO等气体传感器。 2. 体电阻控制型气体传感器 体控制型电阻式气体传感器是利用体电阻的变化来检测气体的半导体器件。 检测对象主要有：液化石油气，主要是丙烷；煤气，主要是CO、H2；天然气，主要是甲烷。 例如利用SnO2气敏器件可设计酒精探测器，当酒精气体被检测到时，气敏器件电阻值降低，测量回路有信号输出，提供给电表显示或指示灯发亮。 气敏器件工作时要提供加热电源。 3. 非电阻型气体传感器 二极管气体传感器是利用一些气体被金属与半导体的界面吸收，对半导体禁带宽度或金属的功函数的影响，而使二极管整流特性发生性质变化而制成。 场效应管FET型气体传感器是根据栅压域值的变化来检测未知气体。 电容型气体传感器是根据CaO—BaTiO3等复合氧化物随CO2浓度变化、其静电容量有很大变化而制成。 固体电解质式气体传感器 这类传感器内部不是依赖电子传导，而是靠阴离子或阳离子进行传导。 因此，把利用这种传导性能好的材料制成的传感器称为固体电解质传感器。 接触燃烧式气体传感器 接触燃烧式气体传感器是将白金等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成。 使用时对金属线圈通以电流，使之保持在300~600οC的高温状态，同时将元件接入电桥电路中的一个桥臂。 一旦有可燃性气体与传感器表面接触，燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。 其输出的不平衡电流或电压可测得可燃性气体的浓度。 电化学式气体传感器 1. 离子电极型气体传感器 由电解液、固定参照电极和pH电极组成。通过透气膜