11其他传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道版·2018）

第11章 其他传感器 11.1 气体传感器 11.2 湿度传感器 11.3 生物传感器 11.1 气体传感器 为了确保安全，需对各种可燃性气体、有毒性气体进行检测。 目前实用气体检测方法很多，主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等. 常见的是半导体气敏传感器。 11.1.1 半导体气敏传感器 半导体气敏传感器是利用半导体材料与气体相接触时电阻和功函数发生变化的效应来检测气体成分或浓度的传感器。 11.1 气体传感器 常用的电阻式半导体气敏元件有三种结构类型：烧结型、薄膜型和厚膜型。 烧结型气敏元件的制作是将敏感材料( 、 等)及掺杂剂(pt、pb)按照一定的配比用水或黏合剂调和，经研磨后再均匀混合，再用传统制陶的方法进行烧结。 内热式 旁热式 11.1 气体传感器 11.1.2 其他气体传感器 1.接触燃烧式气体传感器 可燃性气体( 、 、 等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。 11.1 气体传感器 2.固体电解质气体传感器 这种传感器元件为离子对固体电解质隔膜传导，称为电化学池，是选择性强的传感器，如氧化锆固体电解质传感器。 二氧化锆氧气传感器，以被测气体作为浓差电池的一方，已知浓度的参考气体作为另一方，测定固体浓差电池的电动势，即可判定被测气体的浓度。 3.电化学气体传感器 电化学气体传感器利用气体在电极上的电化学反应(包括氧化和还原)时，检测电极上的电压或者电流来感知气体的种类和浓度。 4.光学气体传感器 11.1 气体传感器 11.1.3 典型应用 气体泄漏报警器 利用半导体气敏元件制成的气体泄漏报警器，一旦泄漏气体达到危险浓度，会自动报警。随着环境中泄漏气体浓度的增加，气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警信号。 11.1 气体传感器 11.2.1 湿度检测的基本知识 湿度是指大气中所含的水蒸气量。主要有绝对湿度和相对湿度、露点、质量百分比和体积百分比等表示法。 11.2 湿度传感器 绝对湿度和相对湿度 绝对湿度是指在一定温度和压力条件下，单位体积空气内所含水蒸气的质量. 相对湿度为某一被测蒸气与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分比，常用表示。这是一个无量纲的值。显然，绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出了大气的潮湿程度，故使用更广泛。 11.2.2 工作原理 1.电解质湿敏传感器 电解质溶液的电导率与溶液的浓度有关，而溶液的浓度，在一定的温度下又是环境相对湿度的函数。 氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。 11.2 湿度传感器 当水分子在湿敏半导体陶瓷材料的表面和晶粒界面间吸附时，会使材料表面和晶粒界面处的电阻率发生变化，从而具有湿敏特性。 2.陶瓷湿敏传感器 典型产品是烧结型陶瓷湿敏元件是 系 11.2 湿度传感器 3.多孔氧化物湿敏传感器 铝质的基板、上电极和多孔氧化物膜构成一个典型的平板电容。 11.2 湿度传感器 4.高分子湿敏传感器 高分子电介质吸湿后，介电常数明显改变，制成了电容式湿度传感器； 某些高分子电解质吸湿后，电阻明显变化，制成了电阻式湿度传感器； 利用高分子吸湿膨胀、脱湿收缩的特性，制成涨缩型湿度传感器。 11.2 湿度传感器 11.2.3 测量电路 1.电桥电路 振荡器对电路提供交流电源。电桥的一臂为湿度传感器，由于湿度变化使湿度传感器的阻值发生变化，于是电桥失去平衡，产生信号输出，放大器可把不平衡信号加以放大，整流器将交流信号变成直流信号，由直流毫安表显示。振荡器和放大器都由9V直流电源供给。电桥法适合于氯化锂湿度传感器。 11.2 湿度传感器 2.欧姆定律电路 适用于可以流经较大电流的陶瓷湿度传感器。由于测湿电路可以获得较强信号，故可以省去电桥和放大器，可以用市电作为电源，只要用降压变压器即可。 11.2 湿度传感器 3.带温度补偿的湿度测量电路 11.2 湿度传感器 生物传感技术是现代生物技术与微电子学、化学、光学、热学等多学科交叉结合的产物，在生物医学、环境监测、食品、医药及军事医学等领域有着重要应用价值。 11.3 生物传感器 1.生物传感器的概念 生物传感器是指利用固定化的生物分子作为敏感元件，用来侦测生物体内或生物体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置。 基本结构包括： 一是生物分子识别元件(感受器)，是具有