《传感器及应用》气敏、湿敏电阻传感器（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《传感器及应用》气敏、湿敏电阻传感器-讲义 知识点一 气敏电阻传感器的工作原理与应用 1、 气敏电阻传感器的工作原理： 气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。通常由金属氧化物如SnO₂、ZnO等材料构成，广泛用于可燃气体的检测。表1是几种常用 MQN 型气敏半导体器件的主要特性，它们用来测量可燃性气体。 表1 常用 MQN 型气敏半导体器件的主要特性 2、 气敏电阻器的应用 气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。控制烧结体的化学成分及加热温度，可以改变它对不同气体的选择性。 气敏电阻传感器已广泛用于石油、化工、电力、家居等各种领域。 气敏电阻传感器主要将哪种气体参数转换为电信号？ （ ） A. 温度 B. 压力 C. 成分和浓度 D. 湿度 【答案】C 【解析】气敏电阻传感器的主要功能是将气体的成分和浓度等参数转换为电阻变化，并进一步转换为电流或电压信号。因此，正确答案是C。 1.以下哪种材料通常不用于制造气敏电阻传感器的传感元件？ （ ） A.二氧化锡 B. 氧化锌 C. 硅 D.氧化钛 【答案】C 【解析】气敏电阻传感器通常由金属氧化物如二氧化锡、氧化锌等材料构成。虽然氧化钛也可以用于某些气敏传感器，但硅通常不用于制造气敏电阻传感器的传感元件。因此，正确答案是C。 2.MQ-3气敏半导体器件主要用于检测哪种气体？（ ） A. 液化气 B. 天然气 C.酒精蒸气 D. 一氧化碳 【答案】C 【解析】 根据表1，MQ-3气敏半导体器件主要用于检测酒精蒸气。因此，正确答案是C。 3.气敏电阻传感器主要是利用（ ）来检测气体浓度。 A. 气体与敏感材料发生化学反应引起电阻变化 B. 气体的压力使电阻丝形变导致电阻变化 C. 气体的温度变化引起敏感材料的热胀冷缩导致电阻变化 D. 气体的流动速度改变电阻丝的阻值 【答案】A 【解析】气敏电阻传感器是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。其工作原理是当气敏电阻传感器中的敏感材料（如金属氧化物半导体）吸附气体分子时，会与气体发生氧化或还原反应。这种化学反应会导致敏感材料的电子状态改变，从而使得其电阻发生变化。 1. 气敏电阻传感器在以下哪个领域中不常被应用？ （ ） A. 石油化工 B. 电力工业 C. 医疗诊疗 D. 家居安全 【答案】C 【解析】气敏电阻传感器广泛应用于石油、化工、电力、家居等领域，但在医疗诊断中并不常见。因此，正确答案是C。 2. 以下哪种气体泄漏检测通常会使用MQ-5气敏半导体器件？ （ ） A. 酒精蒸气 B. 天然气 C. 液化气 D. 一氧化碳 【答案】C 【解析】根据表1，MQ-5气敏半导体器件主要用于检测液化气。因此，正确答案是C。 3. 哪种气体泄漏场景适合使用煤气报警器（基于气敏电阻传感器）进行检测？（ ） A. 居室内天然气泄漏 B. 地下数米深处的煤气管道漏点 C. 实验室的酒精蒸气泄漏 D. 汽车排放的一氧化碳 【答案】B 【解析】煤气报警器可以检测居室或地下数米深处的煤气管道漏点。因此，正确答案是B。 · 气敏电阻传感器是一种能够感知环境中气体成分及其浓度变化，并将这些变化转换为电信号的传感器。 · 气体分子吸附在传感器表面，与材料发生化学反应，导致材料的电阻发生变化。 · 典型应用：煤气报警器、酒精检测仪、天然气和液化气检测、工业安全与环境监测。 知识点二 湿敏电阻传感器的工作原理与特性 1、 湿敏电阻传感器的工作原理： 湿敏电阻传感器通过测量湿度变化引起的电阻变化来检测环境湿度。其核心是由高孔隙率的陶瓷材料（如铬酸镁-氧化钛复合物）制成，湿度变化可引起电阻大幅变化。由于其易受污染、湿滞现象以及温度影响，使用时需要定期清洁并进行温度补偿。如图2是湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换变化框图。 图2 湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换变化框图 2、 湿敏电阻传感器的特性： 多孔陶瓷置于空气中易被灰尘、油烟污染，从而使感湿面积下降。如果将湿敏陶瓷加热到400°以上，就可使污物挥发或烧掉，使陶瓷恢复到初期状态，所以必须定期给加热丝通电。 陶瓷湿敏传感器吸湿快（10s左右），而脱湿要慢许多，从而产生滞后现象，称为湿滞。当吸附的水分子不能全部脱出时，会造成重现性误差及测量误差。有时可用重新加热脱湿的办法来解决。 陶瓷湿敏传感器的湿度-电阻关系的标定比温度传感器的标定困难得多、误差大，稳定性也较差，使用时还应考虑温度补偿（温度每上升1°C，电阻下降引起的误差约为0.1%）。 陶瓷湿敏电阻应采用交流供电。若长期采用直流供电，会使湿敏材料极化，吸附的水分子电离，导致灵敏度降低，性能变坏。湿敏电阻工作一段时间后必须重新标定。 湿敏电阻传感器通过什么变化来检测环境湿度（ ） A.电压变化 B.电感变化 C.电阻变化 D.电容变化 【答案】C 【解析】 湿敏电阻传感器通过湿度变化引起的电阻变化来检测环境湿度。其核心是由高孔隙率的陶瓷材料制成，湿度变化会显著影响这种材料的电阻。 1. 湿敏电阻传感器的核心材料通常是什么（ ） A.金属氧化物 B.高孔隙率陶瓷材料 C.半导体材料 D.塑材材料 【答案】B 【解析】湿敏电阻传感器的核心是由高孔隙率的陶瓷材料（如铬酸镁-氧化钛复合物）制成，这种材料对湿度变化非常敏感。 2. 以下哪种因素不会影响湿敏电阻传感器的性能（ ） A.污染 B.湿滞现象 C.气压变化 D.温度变化 【答案】C 【解析】湿敏电阻传感器的性能会受到污染、湿滞现象和温度变化的影响，但气压变化对其性能影响较小。 3. 为了恢复湿敏陶瓷的初期状态，通常需要采取什么措施（ ） A.更换陶瓷材料 B.定期给加热丝通电 C.增加湿度 D.降低温度 【答案】B 【解析】为了清除多孔陶瓷表面的污物，使其恢复到初期状态，通常需要定期给加热丝通电，将污物挥发或烧掉。 1. 湿敏电阻传感器的湿滞现象表现为（ ） A.吸湿和脱湿速度一样 B.吸湿慢，脱湿快 C.吸湿慢快，脱湿慢 D.吸湿和脱湿都不受影响 【答案】C 【解析】湿敏电阻传感器的湿滞现象表现为吸湿速度较快（约10秒），但脱湿速度较慢，这种现象称为湿滞。 2. 以下哪种供电方式不适用于湿敏电阻传感器( ) A.交流供电 B.直流供电 C.电池供电 D.变压器供电 【答案】B 【解析】湿敏电阻传感器必须采用交流供电，长期直流供电会导致湿敏材料极化，性能变坏。 3. 温度变化对湿敏电阻传感器的影响表现为（ ） A.温度每上升1°C，电阻增加引起的误差约为0.1% B.温度每上升1°C，电阻下降引起的误差约为0.1% C. 温度每上升1°C，电阻不变 D. 温度变化对电阻无影响 【答案】B 【解析】温度变化对湿敏电阻传感器的影响表现为温度每上升1°C，电阻下降引起的误差约为0.1%，因此需要进行温度补偿。 · 湿敏电阻传感器通过高孔隙率的陶瓷材料感知环境湿度变化，湿度变化引起电阻变化，从而检测湿度。 · 湿敏电阻核心材料为多孔陶瓷对湿度敏感，但容易受到污染，需要定期加热清洁。 · 湿敏电阻影响因素：污染、湿滞现象、温度影响。 知识点三 气敏和湿敏电阻传感器的挑战与维护 1、 气敏电阻传感器的污染问题 气敏电阻传感器对气体（如一氧化碳、酒精、甲烷等）的敏感性较高，但其敏感材料容易受到油雾、灰尘等污染物的影响。污染会导致传感器的灵敏度下降，甚至造成误判。 2、 气敏电阻传感器的污染问题的应对措施 环境选择：尽量选择干净、通风的环境安装传感器，避免油雾、灰尘的直接接触。 定期清洁：定期对传感器进行清洁维护，清除表面污染物，恢复其检测性能。 防护设计：可以在传感器外部加装过滤装置，如防尘罩，减少污染物对传感器的直接影响。 3、 湿敏电阻传感器的湿滞效应及应对措施 湿敏电阻传感器在吸湿和脱湿过程中存在明显的湿滞效应，即吸湿过程较快（约10秒），而脱湿过程较慢。这种滞后效应会导致传感器在湿度变化较快的情况下，无法及时准确地反映实际湿度，进而影响测量精度。 应对措施： 1.通过算法对湿滞效应进行补偿，例如通过记录传感器的历史湿度数据，动态调整输出值，减小湿滞效应带来的误差。 2.湿敏电阻传感器需要定期校准，在环境湿度变化较大的情况下，校准可以有效提高传感器的测量精度。 气敏电阻传感器在使用过程中，最容易受到以下哪种因素的影响而导致性能下降（ ） A.湿度变化 B.油雾和灰尘 C.温度波动 D.电压不稳 【答案】B 【解析】气敏电阻传感器对气体敏感，但其敏感材料容易受到油雾、灰尘等污染物的影响，导致灵敏度下降甚至误判。因此，气敏电阻传感器应避免在油雾、灰尘较多的恶劣环境中使用。 1.湿敏电阻传感器在吸湿和脱湿过程中存在明显的湿滞效应，以下哪种情况是正确的（ ） A.吸湿和脱湿速度一样 B.吸湿慢，脱湿快 C.吸湿慢快，脱湿慢 D.吸湿和脱湿都不受影响 【答案】B 【解析】 湿敏电阻传感器在吸湿时响应较快，通常只需要约10秒，但脱湿过程较慢，这种现象称为湿滞效应。湿滞效应会导致传感器在湿度变化较快时无法及时反映实际湿度。 2.以下哪种供电方式适合湿敏电阻传感器，以避免敏感材料的极化（ ） A.交流电源 B.直流电源 C.电池供电 D.太阳能供电 【答案】A 【解析】湿敏电阻传感器必须使用交流电源进行供电，长期使用直流电源会导致敏感材料极化，进而影响传感器的性能和寿命。极化现象会使传感器的响应速度变慢，灵敏度下降。 3. 为了减小湿敏电阻传感器由于温度变化引起的误差，通常需要采取以下哪种措施（ ） A.定期清洁 B.使用直流电源 C.温度补偿 D.增加湿度 【答案】C 【解析】 湿敏电阻传感器的电阻值会随温度变化而改变，通常温度每上升1°C，电阻会下降约0.1%。为了减小温度引起的误差，通常需要结合温度传感器进行联合测量，并通过算法对湿敏电阻传感器的输出值进行温度补偿。 1. 以下哪种措施可以有效防止气敏电阻传感器受到油雾和灰尘的影响（ ） A.使用交流电源 B.定期校准 C.加装过滤装置 D.增加湿度 【答案】C 【解析】为了防止气敏电阻传感器受到油雾和灰尘的影响，可以在传感器外部加装过滤装置，如防尘罩，减少污染物对传感器的直接影响。 2. 在以下哪种环境中，湿敏电阻传感器的性能受温度影响最小（ ） A.物温差较大的室外 B.通风良好的室内 C.温度恒定的实验室 D.潮湿的地下室 【答案】C 【解析】在温度恒定的实验室中，湿敏电阻传感器的性能受温度影响最小，因为温度变化是导致传感器电阻变化的一个主要因素。在温度恒定的环境中，传感器可以更准确地测量湿度。 3. 以下哪种情况需要对气敏电阻传感器进行定期维护（ ） A.传感器输出稳定 B.传感器表面有油雾和灰尘 C.传感器使用交流电源 D.传感器存储在干净的环境中 【答案】B 【解析】当气敏电阻传感器表面有油雾和灰尘时，需要进行定期清洁和维护，以防止污染物影响传感器的性能和测量精度。定期维护可以有效延长传感器的使用寿命。 · 气敏电阻传感器易受油雾、灰尘等污染物影响，导致灵敏度下降。 · 湿敏电阻的电阻值随温度变化而改变，温度每上升1°C，电阻值下降约0.1%。 · 湿敏电阻传感器必须使用交流电源供电，长期使用直流电源会导致敏感材料极化，影响性能。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$