电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析

09电本120091004106 成绩：

摘要：利用理论分析与参阅相关技术手册，了解电阻式半导体气敏传感器的结构，基本原理，推导气敏传感器的特性参数：电阻值，灵敏度，漂移等。能够在充分研究理论知识之后，学会简单的应用，设计电路，利用温度补偿降低其对传感器稳定性的影响。

关键词：电阻半导体气敏传感器基本原理特性参数温度补偿The basic performance analysis of Resistance-type

semiconductor gas sensor

Abstract

According to the theoretical analysis, refer to the relevant technical manual to understand the structure of Resistance-type semiconductor gas sensor and it's basic principles. Derive the characteristic parameters of gas sensors,like sensitivity, linearity, drift, selection characteristics.Making full use of the theoretical knowledge , learn simple applications to design a circuit for using the temperature compensation to reduce its impact on the stability of the sensor.

Keywords:Resistance-type semiconductorbasic principles characteristic parameters the temperature compensation

引言

气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就获得与待测气体有关的信息，从而可以进行检测。主要用于工业上的天然气、煤气，石油化工等重要部门的易燃、易爆、有毒等有害气体的监测、预报和自动控制[1]。半导体气敏传感器的特性受多种条件影响。本文在探讨传感器的原理与特性参数之后，主要针对温漂的现象提出简单的解决方法。

1、半导体气敏传感器的原理

半导体气敏传感器是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的[2]。

按照半导体变化的物理特性，又可分为电阻型和非电阻型。电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检测气体的成分或浓度；非电阻型半导体气敏元件是利用其它参数，如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来图1-1为常见类型的传感器实物图。半导体气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体等三部分组成。电阻型半导体气敏传感器从制造工艺上可分为烧结型、薄膜型和厚膜型三类，如图1-1所示。

图1-1气敏半导体传感器的器件结构

（a）烧结型气敏元件；（b）薄膜型器件；（c）厚膜元件；（d）多层结构元件

3、半导体气敏传感器的特性

3.1气敏传感器的电阻值

气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为ＲA[7~8]。一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围[9]。

气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω[10]。

气敏半导体时在接触不同气体时，工作于不同温度下产生的器件阻发生值变化。3.2气敏元件的灵敏度

气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标[11]。它表示气体敏感元件的电参量与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种：

（a ）电阻比灵敏度K:

K=Ra/Rg

Ra —气敏元件在洁净空气中的电阻值；

Rg —气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值

（b ）气体分离度

α=Rc1/Rc2

RC1—气敏元件在浓度为Cc 的被测气体中的阻值：

R Ｃ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1＞C2。

（c ）输出电压比灵敏度KV

Kv=Va/Vg

Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；

Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出.

4、气敏性能测试

半导体气体传感器的检

测可采用静态测试法两种。本

实验采用静态法，采用电压测

试法，基本测试原理,如图4-1

所示。系统提供气敏元件加热

电源V h ，回路电源V c ，通过测

试与气敏元件串联的负载电

阻R L 上的电压Vout 的变化可

以计算气敏元件的输出电压，

进而计算出气敏元件的电阻值。计算公式如下：

R a =(V c /V a -1)R L

R g =(V c /V g -1)R L

针对n 型半导体，定义元件的灵敏度取定义（a ）。A 气体对B

气体的选择性系数可图4-1 测试原理示意

按下式计算：

R(A/B)=S(A)/S(B)= R g (B)/ R g (A)

通过控制电阻丝两侧的加热电压，可获得不同的工作温度，得到不同的固有电阻和气体灵敏度，以测定不同工作状态下的电阻-温度特性（图4-2）和灵度温度特性（图4-3）[12~13]。

图4-2不同气体下的温度---电阻曲线图4-3 不同气体下的温度——灵敏度曲线

由以上两图可以得出两个结论：①：随着温度的增高，气体的阻值减小；②气敏传感器对气体的灵敏度随着温度的升高先增大后降低,在某一个温度处表现出最大值。

为减弱温度对气敏传感器的影响，针对温度补偿目的设计了电路。

5.温度补偿电路

利用集成运算放大器和Pt热电阻可以构成自动温度补偿电路,其原理见图4-1。图4-1中A 为集成运算放大器Rt 为Pt100热电阻,其阻值随温度的变化而变化。Vi 为某在线分析仪器的检测信号,这一信号也随温度的变化而变。

图5-1

假设在常温(T = 25 ℃,Rt = 109. 73Ω) 下,输入信号Vi 为最大值Vimax = 414mV 固定不变,此时图5-1电路可看作是恒流源电路。在图5-1中,当T = 25°C时同相输入端输入电压V1 和反相输入端电压V2的电位相等。

V2 = V1 (3)——————①

如图2 中R1 及R2 的数据,同相输入端输入电压V1 :

V1 =R/(R1 + R2)Vimax

=10kΩ/(43kΩ+ 10kΩ) ×414mV

= 78. 1mV

V2 = 78. 1mV

由图2 可知,V2 是由Rf 和Rt 构成的分压器给定的,在T = 25 ℃时,

V2 =Rt (25 ℃)*V0 (4)/(Rf + Rt (25 ℃))-------②

由式可得输出电压V0:

V0 =[Rf + Rt (25 ℃)] *V2 (5)/Rt (25 ℃)------③

式中Rf = R3 + Rw ,代入式(5) 得

V0 =[R3 + Rω + Rt (25 ℃)]/Rt (25 ℃) V2 -----④

将V2 = 78. 1mV ,Rt = 109. 73Ω ,R3 = 1KΩ ,代入式③ , 并假设Rw 调定为Rw = 1. 5k Ω ,得:

V0 =[1kΩ+ 1. 5kΩ+ 109. 73Ω/109. 73Ω] ×78. 1mV = 1. 86V

图5-1中电位器Rw 用来调节放大器的电压放大倍数,它与R3 及其铂热电阻Rt 构成电压负反馈电路,调节Rw 时,虽然Rw 阻值发生变化,但通过它的电流总是恒定不变的。这是因为随着Rw 的增大或减小。在输入电压不变的情况下,输入电压随之增大或减小,因而保持流过Rw 的电流不变。这恒流值由下式决定,当T = 25°C 时:

I =V/R----------------------------------------⑤

将V1 = 78. 1mV ,Rt = 109. 73 ,代入式⑤得:

I =78. 1mV/109. 73Ω

= 0. 7mA

同理,在0 ℃(Rt = 100Ω) 时,和在100 ℃(Rt =138. 5Ω) 时, 设输入信号V1 分别为最大值Vi max(0 ℃) = 379mV 和Vi max (100 ℃) = 518mV ,并假设在常温下1.5KΩ

V2 ( 0 ℃) = V1 ( 0 ℃)

=[R2/R1 + R2]Vimax ( 0 ℃)

=[10kΩ/(43kΩ+ 10Ω)]*379mV

= 71. 5mV

V2 (100 ℃)= V1 (100 ℃)

=[R2/R1 + R2]Vimax (100 ℃)

=[10kΩ/(43kΩ+ 10kΩ)] ×518mV

= 97. 7mV

V0( 0 ℃)=[R3 + RW + Rt (0 ℃)]*V2 ( 0 ℃)/Rt (0 ℃)

=[1kΩ+ 1. 5kΩ+ 100Ω]/100Ω×71. 5mV

= 1. 86V

V0(100 ℃) =[R3 + RW + Rt (100 ℃)]* V2 (100 ℃)/Rt (1000 ℃)

=(1kΩ+ 1. 5kΩ+ 138. 5Ω)/138. 5Ω×97. 7mV

= 1. 86V

I(0 ℃) =V1 (0 ℃)/Rt (0 ℃)

=71. 5mV/100Ω = 0. 7mA

I(100 ℃)=V1 (100 ℃)/Rt (100 ℃)

=97. 7mV/138. 5Ω = 0. 7mA

由上面计算结果可知, 虽然Vimax 从0 ℃时的379mV变化到100 ℃时的518mV ,Rt 也从0 ℃时的100Ω变化到100 ℃时的138. 5Ω,但输出电压V0 总是恒定不变的。流过Rt 的电流也保持不变,实现了所要求的功能。

结论

本文对气敏传感器的初步研究，加深了半导体气敏传感器原理，结构以及特性的理解。同时，设计了电路，提出温度补偿法，学会了气敏传感器的简单应用。但是，并未对气敏传感器有本质的研究，未提出有效的对传感器响应特征进行修正的方法。所以，今后会沿着这个方向继续深入探讨研究。

参考文献：

[1] 孙良彦。半导体气敏元件的新进展。传感器技术。l99O年第2期

[2]郁有文，常建，程继红.传感器原理与工程应用.西安;西安电子科技大学.2008.7

[3]刘湘军，谭湘倩，浣石.金属氧化物气敏传感器.广州大学学报(自然科学版).2007.10.第6卷第5期

[4]徐龙,周晓华,曹全喜.氧化物半导体的表面过程与气敏机理.传感器技术.1991年第6期

[5]张强,管自生,电阻式半导体气体传感器.仪表技术与传感器.2006 No.6

[6]刘爱华。传感器原理与应用技术 .人民邮电出版社。2010.11.1

[7] 胡英,周晓华,魏红军. CuO2ZnO 异质结半导体陶瓷气敏机理的研究. 功能材料与器件学报,2000 ,6(4) :408 - 412.

[8]于永芳，郑仲民.检测技术 .机械工业出版社.2003.02.01

[9]GB／T15653．1995，金属氧化物半导体气敏元件测试方法【S】．北京：中国标准出版社，1996．

[10]贾建，李建平，等．【J】．仪表技术与传感器，2004，(3)：20-23．

[11]吴兴惠，王彩君. 传感器与信号处理[J]. 北京：电子工业出版社，1998.203-206

[12]孙兰侠,季振国,杜娟,周强,陈琛,赵丽娜。二氧化锡薄膜气敏传感器对常见室内污染气体的电阻2温度特性及机理分析。传感技术学报。2005.3.18卷第一期

[13]Nam S C , Paik C H , Cho W I , et al. Electrochemicalcharacterization of various tin - based oxides as negativeelectrodes for rechargeable lithium batteries [J ] . Journal ofPower Sources , 1999 , 84 :24 - 31.

[14]席彩红,高晓平,刘国汉.二氧化锡气体传感器敏感机理的研究.曲阜师范大学学报.2008 年4 月.第34 卷第2 期

[15]吴家棍，孙良彦．传感器技术[J]．1997。(1)：18~21

[16]豫氟龙．《氧化物与化台物半导体基础》．第二章，西安电子科拄大学出般社，1991年．

基于气敏传感器的酒驾测试仪)

摘要本设计采用单片机和酒敏传感器为主要核心器件，酒精检测仪是通过电压频率转换将酒敏传感器传出的电压值转换成数字量，经单片机系统对传感器输出的非线性进行查表式校正、译码后，用软件将被测量的最大值保留并最终显示。着重介绍了该仪器的工作原理及性能特点。本文介绍了气敏传感器检测气体的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。【关键词】酒精检测仪8039单片机非线性校正酒敏传感器

目录一.设计目的 (1) 1.1设计背景 (1) 二.设计任务与要求 (1) 2.1设计任务 (1) 2.2 设计要求 (3) 三.设计步骤及原理分析 (3) 3.1设计方法 (3) 3.2设计步骤 (4) 3.3设计原理分析 (5) 四.课程设计小结与体会 (7) 五. 参考文献 (8)

一.设计目的各行各业的工作，例如机动车驾驶员酗酒后开车以及从事危险工作行业的人员酗酒后操作，都会造成严重的事故。用简便、准确、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒的血醇含量的试验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的即时检测，有助于社会各方面的安全，特别是交通的安全。二.设计任务与要求 2.1设计任务系统的设计要求考虑到方方面面。本系统各个重要方面，如两个方面： 1.呼出气体的测量方法对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值。 2.数据的显示方法如果采用即时显示，检测者在短短的一秒钟内既要观察被检 1

气体传感器在工业安全领域的应用

气体传感器在工业安全领域的应用(一) 2016-02-01 10:23:24 气体传感器在工业安全领域的销量是最大的，产值大约占到60%。工业安全类的传感器的全球出货量约500万只。工业安全的分类比较多，凡是有可能产生气体爆炸、窒息或中毒的场合都会用到，这些场合包括：煤矿、天然气、钢铁厂、石油开采、炼化、空气分离、石油化工、煤化工、氨化工等。最近十年，中国煤矿的产能大增，随着矿难的频发，国家在煤矿安全上颁布了大量的法规和行政命令，因此用在煤矿里的气体传感器数量快速增长。主要需要检测的气体是甲烷、一氧化碳和硫化氢。甲烷传感器的用量每年约100万只，CO传感器约10万只，H2S传感器约1万只。因为雾霾天和燃煤之间关系密切，国家从环保战略考虑，要求减少燃煤。因此，从2013年下半年开始，矿用仪表企业的产品销售量呈现下跌趋势。到目前为止，还看不到缓解的趋势。天然气行业却得益于国家的环保战略。燃煤消减的这部分能源供给，需要天然气、核电、风电、太阳能发电来填充，其中绝大部分需要天然气来填充。天然气行业所需要的检测的气体包括：甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气。天然气行业利润较高，因此可以接受的安全仪表价格也较高，性能要求也较高。天然气管道沿线都会有加压站、每个加压站内几乎都会配红外原理的CH4检测仪表。每个加压站之间的距离少则1、2公里，多则7、8公里，因此计算一下中国天然气管道就知道大概需要多少仪表了。除了管道，沿海的LNG船只的接气站也需要配置大量的气体监测仪表。随着燃气商用车的大量推广，车载的低成本天然气监测仪表的需求也是会有爆发式增长的。气体传感器在工业安全领域的应用(二) 2016-02-01 10:23:42 在石油开采、除杂质、运输的过程中也会用到大量气体检测仪表和传感器。石油成分很复杂，不仅含有大量液态烃，还含有水、泥沙、甲烷CH4、一氧化碳CO、硫化氢H2S，以及挥发出来的有机物气体VOC。石油工业安全隐患有两点，一是爆炸和燃烧，二是毒气扩散导致人体中毒。所用到的传感器包括: 1. 催化燃烧原理和红外原理的CH4传感器，全中国所用到的量大约20万只，用在固定表和便携表中。 2. 电化学原理的CO和H2S的用量差不多，各5万只左右。 3. 测VOC主要靠光离子化传感器PID。和石油炼化、化工合并在一起，销量约5千只。现如今，石油最主要的用途还是提炼成汽油、煤油、航空煤油、柴油，这个产业叫炼化。在提炼的过程中，石油裂解的成分非常复杂，而且还有加氢H2工艺。因此，所需要测的气体包括CH4、H2、CO、H2S、乙烷C2H6、乙烯C2H4、丙烯C3H6，和很多种VOC。提炼完成的油品需要大型的储油罐储存，为提供漏油预警，在储油罐和管线周边都要安装气体监测仪。油品的挥发性各不相同:汽油挥发性最强、柴油较弱、航空煤油最弱。要侦测到油品的泄露，最理想的还是用能够检测到PPB——PPM级别VOC的PID，但价格也是最贵。气体传感器在工业安全领域的应用(三) 2016-02-01 10:24:00 钢铁冶金是气体传感器应用的大户，所用到的传感器种类不多，但数量较大。

气敏传感器及其工作原理

气敏传感器及其工作原理指导老师：雷家珩汇报者：周华汇报时间：2011.11.2

目录 ?气敏传感器定义 ?气敏传感器分类 ?气敏传感器工作原理 ?气敏传感器的应用 ?气敏传感器研究现状与发展趋势 ?参考文献

1 气敏传感器定义气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

2 气敏传感器分类半导体式气敏传感器气敏传感器绝缘体气敏传感器电化学气敏传感器光干涉式气敏传感器热传导式气敏传感器红外线吸收散式气敏传感器电阻型非电阻型接触燃烧式型电容式恒电位电解式伽伐尼电池式

3 气敏传感器工作原理 3.1 半导体气敏传感器工作原理 ●半导体气敏传感器(见图1,2)由气敏部分、加热丝及防爆网等构成,它是在气敏部分的SnO 2、Fe 2 O 2 、ZnO 2 等金属氧化物中添加Pt、Pd等敏化剂的传感器。 ●半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时,产生的电导率等物性变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附) ,失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。

这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体有O 2和NO x ,称为氧化型气体或电子接收性气体。如果器件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H 2 、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。图1 半导体气敏传感器结构图图2 半导体气敏传感器的符号表示

传感器论文(基于气敏传感器的厨房火灾报警系统)

传感器制作报告基于气敏传感器的厨房火灾报警系统摘要：厨房是人们日常生活的重要活动场所之一。随着我国经济的飞速发展，厨房也经历了一场变革，许多市民家庭、酒楼饭店实现了厨房电气化，但同时也增加了火灾负荷。近年来因为厨房失火而造成的火灾频繁发生，不仅极大地影响了民众生活，对财产造成了极大破坏，更有可能危及人们的生命。厨房火灾的危害性不容轻视。本文基于以上考虑，通过基于气敏传感器的厨房火灾报警系统设计，旨在尽早提醒人们厨房火灾将要发生或已经发生，及早发现灾害，进行灭火措施的操作，避免火灾的发生，尽量减少其危害。该报警系统适用于一般家庭厨房、酒楼饭店较大型的厨房。 Abstract: Kitchen is one of the most important activity places in people’s life.Along with the rapid development of China's economy, kitchens are also experiencing a great change. While many families and restaurants are kitchen-electrification realized, the fire load are also increased. In recent years, fire happened in the kitchen occurs frequently, which not only greatly influence the public, leading to great loss of property, but alse endanger people's life. The damange of kitchen-fire can’t be ignored. According to the considerations mentioned above, the Design of Kitchen-fire Alarming System based on Gas Sensors, aims to alarm people the disaster of fire , trying to minus the damage. This alarming system is suitable for kitchens in normal families, as well as large kitchens in restaurants and hotels. 关键词：厨房火灾气敏传感器报警系统 Key Words： Kitchen-Fire Gas Sensor Alarming System 一、绪论火灾自动报警系统属于自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。二、设计思路火灾自动报警系统主要由探测器（传感器）、报警器、排气装置三部分组成。探测器主要对是否有火灾发生进行判断，判断标准为火灾参数：烟雾浓度、有毒气体浓度、光、火焰辐射、温度等。在确认火灾发生后，通过报警器产生信号，如声音、灯光等方式告知人已有火灾发生。具体设计思路如下：（1）探测器

气敏传感器

2.3 气敏、湿敏电阻传感器 2.3.1气敏电阻在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。比如化工生产中气体成分的检测与控制；煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏：火灾报警；燃烧情况的检测与控制等等。气敏电阻传感器就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。 1.气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。以SnO2气敏元件为例，它是由0.1～10μm的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导体而工作的。在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导率增加。而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。气敏电阻的温度特性如图2.26所示，图中纵坐标为灵敏度，即由于电导率的变化所引起在负载上所得到的值号电压。由曲线可以看出，SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大。但当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。此外，在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度，也可增强对图2.26 气敏电阻灵敏度与温度的关系气体种类的选择性。 2.常用的气敏电阻气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种，直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少。旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，其应用面较广。（1）氧化锌系气敏电阻 ZnO是属于N型金属氧化物半导体，也是一种应用较广泛的气敏器件。通过掺杂而获得不同气体的选择性，如掺铂可对异丁烷、丙烷、乙烷等气体有较高的灵敏度，而掺钯则对氢、一氧化碳、甲烷，烟雾等有较高的灵敏度。ZnO气敏电阻的结构如图2.27所示。这种气敏元件的结构特点是：在圆形基板上涂敷ZnO主体成分，当中加以隔膜层与催化剂分成两层而制成。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过对颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。

基于气敏传感器的传感器课设

课程设计任务书分院（系）信息学院专业测控技术与仪器学生姓名李东宾学号1003020223 设计题目气敏传感器及其应用——酒精测试仪内容及要求： 1）根据AT89C51及其敏传感器，设计酒精测试仪。 2）能够显示吹入气体量的大小是否合格。 3）当酒精超标时有相应报警装置。 4）测量电路应包括A/D转换器、LCD及报警电路。要求在课程设计报告中给出： 1）装置的结构和电路原理图。 2）调试过程，说明发现的向题及处理过程。 3）分析存在的问题。 4）收获与改进方案。进度安排：下达任务时间： 2012年12月10日文件检索及方案设计： 2012年12月10日——16日写报告、答辩、原理设计及仿真： 2013年1月7日——13日指导教师（签字）：年月日分院院长（签字）：年月日

成绩评定表学生姓名李东宾班级学号1003020223 专业测控技术与仪器课程设计题目气敏传感器及其应用——酒精测试仪评语组长签字：成绩日期20 年月日

目录 1、引言 (4) 2、系统总体设计方案 (4) 3、系统硬件与软件设计 (5) 3.1、硬件 (5) 3.1.1、传感器选择 (5) 3.1.2、A/D转换器 (7) 3.1.3、 MCS-51系列单片 (10) 3.1.4、LED显示电路 (12) 3.1.5、键盘电路 (13) 3.1.6、报警电路 (13) 3.2、软件设计 (13) 3.2.1、主程序框图 (14) 3.2.2、数据采集子程序程序框图 (14) 3.2.3、报警子程序程序框图 (15) 4、主要器件清单： (16) 5、系统调试与测试结果： (16) 6、测量结果分析： (17) 7、总结： (17) 参考文献： (17)

气敏传感器的现状及发展趋势

1国内外气敏传感器的产生与发展气敏传感器又称“气体传感器”，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种。早在20世纪30年代人们就已发现金属氧化物具有气敏效应，而半导体气敏元件则是在60年代初期研制成功的，最先研制的ZnO薄膜元件，它是利用ZnO薄膜电阻接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继而又发现在SnO2中添加Pt或Pd等贵重金属做增感剂能提高其灵敏度[1]。日本气体传感器经过20多年的发展，其制造技术与产品水平已提高到相当水准，由日本费加罗技术研究公司规模生产的SnO2系列气敏传感器达21种规格，广泛用于11种气体的测量。在美国，氧传感器主要用于汽车发动机空/燃比控制和家用报警器。英国电气阀门公司生产的催化燃烧型气敏传感器，德国DraegerwerkAG生产的医用薄膜型气敏传感器，瑞士CerbertlsLlmited生产的火灾报警用气敏传感器等，都是世人所熟悉的[2]。 20世纪70年代中期我国开始研制金属氧化物半导体气敏传感器和钯栅MOS场效应氢敏晶体管，并开始在家用燃气报警器和电力工业变压器油变质监测上应用。近年来我国的气敏传感器技术飞速发展，全国有30多所高等院校和研究所研究开发各种类型的气敏传感器，在工艺方面引入表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺；另外新研究的AL2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体也开始用于气敏材料。但与国外发达国家相比还有较大差距，主要体现在产品生产技术和产业化等方面。 2工作原理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志缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化锌等，P型半导体，如氧化钴、氧化铅等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还掺入了钯、铂、银等催化剂。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，空气中的氧和二氧化氮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，将氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电子增加，使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（200～450℃），目的是为了加速上述的氧化还原反应[3]。例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、简陋报警器电路中所采用的MQ-5型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器，如图1所示。它对液化气、天然气、城市煤气等具有较高的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不起反应，并且具有灵敏度高，响应速度快，稳定性好，寿命长，驱动电路简单等优点。图1MQ-5型气敏传感器 MQ-5型气敏传感器由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号输出，2个用于提供加热电流。MQ-5型气敏传感器引脚排布图如图2所示，MQ-5型气敏传感器使用接线图（如图3所示）。图2MQ-5型气敏传感器引脚排布图图2中H-H表示加热极（如5V），A-A、B-B表示传感器敏感元件的两个极。图3MQ-5型气敏传感器使用接线图图3中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热电压。当气敏传感器加热后，环境中的可燃气体浓度加大时，传感器的内阻将迅速减小，利用该特性结合分压原理，可知输出电压的值将逐渐增大，当超过设定的阀值时，可产生相应的操作。 3主要应用近年来，气敏传感器的应用越来越广泛，其中最主要的任务是防止突发事故，提高生活质量，保障生产过程安全性。 3.1用于监控易燃气体泄漏和检测有害气体成分气敏传感器主要用于测定气体浓度，当安装在厨房、工厂、矿山以及其它公共场所的气敏传感器检测到有害气体浓度达到一定值时，会给出相应信号，并发出声音报警，提醒人们注意。 3.2用于检测环境质量在办公室、住宅、汽车、飞机等较密闭环境安装气敏传感器，一方面由于即使少量的有害气体也会对人体造成伤害，所以可用于检测环境质量；另一方面也可用于检测二氧化碳浓度是否超标，提醒人们注意通风换气。 3.3用于检测酒精气体浓度陶瓷气敏传感器可用于分析酒精蒸汽的含量。当酒后驾驶员对准传感器检测口吹气时，由于其血液中含有一定的酒精成分，传感器中电阻会发生与酒精浓度成比例的变化，并显示相应数值。 3.4用于检测气味和食物原料分类气味检测是气敏传感器未来的主流方向之一，最有潜力的应用领域是食品工业和医学，还有家住环境和舒适度的调节（下转第312页）气敏传感器的研究现状及发展趋势鲁珊珊1李立峰2 (1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010018) 【摘要】本文以气敏传感器为研究对象，介绍了国内外气敏传感器的产生及现状，详细分析了气敏传感器的工作原理，阐述了主要应用领域，并最终依据现状总结出气敏传感器的未来发展趋势。【关键词】气敏传感器；应用；发展趋势作者简介：鲁珊珊(1981.9—)，女，山东潍坊人，硕士，内蒙古机电职业技术学院，教师。李立峰(1981.5—)，男，山东淄博人，博士，内蒙古机电力勘测设计院。 282

SnO2材料气敏性能研究进展

SnO2材料气敏性能研究进展 1.气体传感器的定义与研究意义气体传感器是传感器领域的一个重要分支，是一种将气体的成分、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等使用的信息的装置。它主要用来检测气体的种类和浓度，对接触气体产生响应并转化成电信号从而达到对气体进行定量或半定量检测报警的目的。气体传感器现已在人类的生产生活中得到了广泛的应用，在民用方面，主要是检测天然气、煤气的泄露，二氧化碳气体含量、烟雾杂质和某些难闻的气味及火灾发生等；在工业方面，主要是检测硫化物、氮氧化物、CH4、CO、CO2及Cl2等有毒或有害的气体，检测有机溶剂和磷烷、砷烷等剧毒气体，检测电力变压器油变质而产生的氢气，检测食品的新鲜度，检测空燃比或废气中的氧气的含量以及检测驾驶员呼气中酒精含量等；在农业生产上，主要是检测温度和湿度、CO2，土壤干燥度、土壤养分和光照度。因此，气敏传感器的研究具有非常重要的意义。 2.气体传感器的分类按基体材料的不同，气敏传感器还可分为固体电解质气体传感器、有机高分子半导体传感器，金属氧化物半导体气体传感器；按被检测的气体不同，气敏传感器可分为酒敏器件、氢敏器件、氧敏器件等。固体电解质气体传感器使用固体电解质做气敏材料，主要是通过测量气敏材料通过气体时形成的电动势而测量气体浓度。这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用。高分子气敏传感器通过测量气敏材料吸收气体后的电阻、电动势、声波在材料表面传播速度或频率以及重量的变化来测量气体浓度。高分子气体传感器具有许多的优

点，如对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以补充其它气体传感器的不足。金属氧化物半导体气体传感器是一类研究时间较长、应用前景较好的传感器，它主要根据材料表面接触气体后电阻发生变化的原理来检测气体。因为金属氧化物半导体中多数载流子的不同而分为P型和N型。N型半导体材料中，主要是晶格内部存在氧离子的缺位或阳离子的填隙，此类材料主要包括SnO、ZnO、In2O3、a-Fe2O3、WO3、ZnFe2O4、CdO和TiO2等。在P 型半导体材料中，晶格内部存在阳离子的缺位，即空穴导电，这类材料主要包括LaFeO3、MoO2、Cr2O3、CuO、SnO、Cu2O和NiO等。还有一些金属氧化物半导体如ZnO、V2O5、NiO和In2O3等既可以为N型，也可为P型，这取决于材料的结构和制备方法等因素。 3.金属氧化物半导体气体传感器的气敏机理关于半导体氧化物的气敏特性机理的研究，目前已提出的理论模型可归纳为:表面电阻控制模型（吸附氧理论）、晶界势垒模型、空间电荷层调制理论、晶粒尺寸效应机理和催化剂的作用机理、体电阻控制模型。主要介绍第一种模型。吸附氧理论也属于表面电阻控制模型的一种，我们以N型金属氧化物半导体为例来加以解释。空气中的氧分子物理吸附在N型半导体气敏元件的表面，随着工作温度的升高在材料表面转化为化学吸附氧，和半导体接触后从半导体表面获得电子，形成O2-, O-, O2-等，如下图所示，从而束缚材料表面的自由电子，导致材料表面的电阻增大；还原性气体如乙醇、H2和CO等，与材料表面形成的氧负离子相接触时，气体分子失去电子，如式1-2，1-3和1-4所示，失去的电子重新回到半导体中去，表面电阻下降电导增加。当前研究最多的是N型半导体，这种模型也是最常用机理模型。

气敏传感器的应用

气敏传感器的应用摘要：介绍其敏传感器的现状和发展趋势。随着科技技术的发展，检测技术为重要的科技手段之一。随着微电子技术的发展和普及，传感器称为新的市场需求，对传感器的性能，用途日益有着新的要求和研究价值。引言：随着科技的发展，针对围绕着生活和工业等周围的气体中的有害物质的测定，成为了一项重要的难题。其中其敏传感器为其中味重要的科研课题。目前的气敏传感器应用到气体探测器、烟雾报警器、虚拟嗅探犬、酒精浓度测试器等领域。 1.气敏传感器的主要特征气敏传感器大致是为了检测气体成分和含量为目的研究的传感器。包括物理和化学方法。气敏传感器主要分为，：半导体型气敏传感器、电化学型气敏传感器、固体电解质气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器、光化学型气敏传感器、高分子气敏传感器等。还有红外吸收型、石英振荡型、光线型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。电阻式半导体气敏元件是根据半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂是气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升；电容式传感器是利用敏感材料给付气体后其家电常数发生改变导致电容变化；电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个固定的参比电极。红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光游戏手，其吸收关系服从朗伯比尔吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度。气敏传感器的主要特征有稳定性、灵敏度、选择性、抗腐蚀性等特点。稳定性主要表现在零点漂移区间漂移，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要取决于传感器结构所使用的技术。选择性也称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标其体重的能力。 2.气敏传感器的应用 SnO2是目前气敏传感器的广泛被利用的材料。它有灵敏度高，结构简单，体小质轻，坚固耐用等优点。SnO2 粉体的粒径大小,颗粒的形状、均匀性、稳定性都直接影响着制成的气敏器件的灵敏度、功耗、响应恢复特性及稳定性等重要参数。利用溶胶- 凝胶法合成SnO2 超微粒子主要以有机金属化合物为起始材料或以大批量有机试剂来制备SnO2 ,但有机金属试剂较昂贵,给大量制备带来困难。因而通常是以廉价的SnCl4 为起始原料,加入少量溶胶形成助剂,促进其溶胶形式。溶胶- 凝胶法制备出粉体材料具有粒子分布均匀,纯度高,比表面积大,活性好,烧结温度低等优点。但尽管SnO2 作为气敏材料日益受到重视,但由于其在应用中仍有一定缺陷,限制了它更为广泛的使用:低温条件下工作稳定性的控制;空气中湿度的影响;一些掺杂元素催化原理的探索;气敏特性测试手段的提高等等 3.纳米传感器及其在气敏传感器中的应用。纳米材料在气敏传感器的应用中有如下特点：①纳米固体材料具有庞大的界面,提供了大量气体通道,从而大大提高了灵敏度; ②工作温度大大降低; ③大大缩小了传感器的尺寸。纳米传感器材料的发展展望。对于多壁碳纳米管制作的气敏传感器,虽然也可在室温下工作,但在复杂的气体环境中使传感器具有选择性却是一个亟待解决的问题。随着纳米技术的进一步发展,这些问题必将会被很好地解决,纳米传感器亦将获得巨大的发展。 4.气敏传感器的发展和展望向多功能，低耗能，集成化方向发展。而且还有生物芯片的开发应用方面的展望，和应

基于气敏传感器的酒精测试系统

《传感器原理及应用》创新性应用课题研究报告题目：基于气敏传感器的酒精测试系统学院：自动化工程学院年级专业：2012级电子信息科学与技术姓名：韩佳林、罗荣伟、于帅、孙建超任课教师：迟宗涛 2015年12月20 日

目录 1 绪论 (1) 1.1 呼吸气体酒精浓度检测报警仪开发背景 (4) 1.2呼吸气体酒精浓度检测报警仪的简介 (4) 1.3呼吸气体酒精浓度检测报警仪课程设计基本要求与设计简介 (5) 2 单片机最小系统介绍 (6) 2.1 STC89C52简介 (6) 2.2 复位电路介绍 (8) 2.3 晶振电路介绍 (9) 3 信号采集和AD转换过程的软硬件设计 (10) 3.1 MQ-3酒精浓度传感器模块简介 (10) 3.2 AD转换软硬件件设计 (11) 3.2.1 ADC0804简介 (11) 3.2.2 本设计中ADC0804外围硬件连接 (13) 3.2.3 本设计中AD转换软件实现 (14) 4 显示模块软硬件设计 (16) 4.1 LCD1602简介 (16) 4.2 本设计中LCD1602的硬件连接介绍 (17) 4.3 本设计中LCD1602的软件设计 (17) 4.3.1 本设计的液晶写命令子函数和写数据子函数程序分析 (17) 4.3.2 本设计中用到的液晶指令介绍 (19) 4.3.3 本设计中的字符串显示和数据实时更新的实现方法 (19) 5. 其它外围设备软硬件设计 (22) 5.1 报警电路软硬设计 (22) 5.1.1 硬件部分设计 (22) 5.1.2 软件部分设计 (22) 5.2 待机指示灯软硬件设计 (23) 5.2.1 硬件部分设计 (23) 5.2.2 软件部分设计 (23)

基于单片机气敏传感器测试系统的设计说明

基于单片机的气敏传感器测试系统 [摘要] 本文介绍一种新型的气敏传感器测试系统的设计方法。该系统基于具有语音处理功能的凌阳SPCE061A单片机，能同时进行多路传感器测试、过程控制，及用虚拟仪器完成数据处理，并能用语音直接播报测试结果，克服了目前气敏传感器人工操作测试带来的效率低、误差大、操作人员长时间工作等问题。 [关键词] 气敏传感器单片机语音播报一、引言气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关的信息转换成电信号，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。目前，人们对气敏传感器的测试方法主要停留在用人工手动的方式来操作，开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。而语音信号是信息的又一主要载体，如果在这些测量场合能用语音直接报出结果，将给操作人员带来极大方便，下面就介绍一种具有新功能的新型的气敏传感器测试系统。二、气敏传感器测量原理作为气体敏感材料的半导体氧化物的气—电转换机理是：在不同气体中，半导体氧化物材料发生的氧化—还原反应不同，从而引起材料电导（电导与电阻互为倒数）的不同变化，使传感器分辨出被测气体。因此，只要能测量出已知气体中气体传感器电导的变化，就可测量出该气敏传感器的性能指标。气敏传感器的测试电路如图1所示，负载电阻R L串联在传感器中，串联回路施加工作电压V C，V F 为热丝两端加热电压。在洁净空气中，传感器的电阻R O较大，在负载电阻R L上的输出电压图1 气敏传感器的测试电路较小；当在待测气体中时，传感器的电阻 R O变得较小，则负载电阻R L上的输出电压较大，其电压值与V RL器件的电阻值R O之间的关系如下： R O= RL L RL C V R V V) ( 式中：为V C测量电压，一般为5V；V RL为负载电压；为R L负载电阻（已知）；R O为元件的电阻值。随着已知气体浓度不同，负载电压产生不同变化，传感器的元件阻值也会产生相应的变化，而根据不同气体环境下元件电阻的阻值，就可判断出该传感器的指标是否符合标准值。三、系统硬件设计气敏传感器测试系统如图2所示，由元件测试箱和PC微机两部分组成。元件测试箱主要

传感器工作原理及故障判断方法

传感器工作原理及故障判断方法概述综合录井技术是在钻井过程中应用电子技术、计算机技术及分析技术，借助分析仪器进行各种石油地质、钻井工程及其它随钻信息的采集（收集）、分析处理，进而达到发现油气层、评价油气层和实时钻井监控目的的一项随钻石油勘探技术。应用综合录井技术可以为石油天然气勘探开发提供齐全、准确的第一性资料，是油气勘探开发技术系列的重要组成部分。综合录井技术主要作用为随钻录井、实时钻井监控、随钻地质评价及随钻录井信息的处理和应用。综合录井技术的特点有：录取参数多、采集精度高、资料连续性强、资料处理速度快、应用灵活、服务范围广等。目前国际国内先进的综合录井仪参数的检测精度上有了大幅度的提高，也扩展了计算机系统功能，形成了随钻计算机实时监控和数据综合处理网络，部分综合录井仪还配套了随钻随测(MWD)系统，增加了远程传输等功能，实现了数据资源的共享。其原理框图见图1。图1：综合录井仪基本结构图

1、传感器亦称一次仪表，是将一种物理量转换为另一种物理量的设备。其输入信号为待测物理量，如温度、密度、压力、电阻率、距离等，输出信号为可以被二次仪表或计算机接收的物理量，如电流、电压、电阻等。传感器是综合录井仪的最基础部分，其工作性能的好坏直接影响着录井质量。 2、气体检测仪气体检测仪主要包括烃类检测仪、非烃组分检测仪（或二氧化碳检测仪）等气体检测设备，以及脱气器、氢气发生器、空气压缩机等辅助设备。烃类检测仪主要是利用FID技术测量钻井液中的烃类气体含量；非烃组分检测仪是利用热导池鉴定器测量钻井液中CO2、H2等其它气体的含量。 3、计算机系统随着计算机技术的发展及应用，目前综合录井仪的计算机系统不仅担负着参数的采集、处理、存储和输出的任务。其存储的资料还可以按照用户的要求，应用其它专用软件进行进一步处理，以完成地质勘探、钻井监控及其它录井目的。同时其联机系统已形成多用户的网络化计算机系统，实现多用户、网络化数据管理，具有携带近程或远程工作站的功能，以便于大型应用软件的使用和数据资源的共享。 4、输出设备综合录井仪输出设备主要有显示器、记录仪、打印机、绘图仪等等。其用途是将计算机采集、处理的信息通过直观的方式呈现给用户以进行进一步的应用。

基于ARM的高阻气敏传感器测试电路

收稿日期:2006-04-16 收修改稿日期:2006-05-30 基于ARM 的高阻气敏传感器测试电路潘国峰,刘兰普,孙以材,何　平 (河北工业大学,天津　300130) 摘要:将ARM7应用到气敏传感器中,利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,结合气敏薄膜材料的高阻值特点,设计出了显示气敏元件阻值及其所处气体浓度的测试电路。该电路以LPC2131实时监测电源电压,自动调整占空比,实现对温度的准确控制,并测量气敏薄膜的电阻。经气体浓度和元件阻值的校准后,电路可显示被测气体浓度,同时提供一个友好的用户界面,并具备报警功能,实现了智能气敏传感器的测量电路。完全满足气敏测试需要,电阻的测量精度达到±012%。关键词:ARM ;高阻测量;气敏传感器中图分类号:TP212.6;TP216 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2006)10-0045-03 N e w Testing Circult B ased on ARM for H igh Eesistance G as Sensors PAN G uo 2feng ,LI U Lan 2pu ,S UN Y i 2cai ,HE Ping (H ebei U niversity of T echnology ,Tianjin 300130,China) Abstract :The increasingly popular ARM microprocess or was applied to the testing circuit for gas sens ors.C ombining the powerful data calculation and control capability of ARM with the high resistance characteristic of gas sensitive film ,the microprocess or LPC2131controls instantly power πs v oltage ,the functions of the circuit are controlling the gas sens ors w orking temperatures ,and measuring the re 2sistance of gas sensitive film.A fter calibration of relationship between the gas concentration and component resistance ,this circuit not on 2ly can display the gas sens or πs resistance and the tested gas concentration ,but als o can provide us with a user πs interface very friendly ,it fulfill the needs of gas sens or test perfectly ,the resistance measuement precision is 012%.K ey w ords :ARM ;high resistance test ;gas sens ors 0　引言近些年来,我国的气敏传感器研究发展迅速,对气敏传感器的检测与应用也越来越普遍[1-3]。文中采用了当前普遍用于工业控制与测量中的具有ARM7内核的LPC2131,成功设计了高阻值气敏传感器测量电路。ARM7系列为低功耗32位微控制器,最适用于低价位、低功耗和高敏感器件的应用,它具有嵌入式在线仿真调试逻辑,非常低的功耗,能提供0.9MIPS/MH z 的3级流水线和冯?诺依曼结构。用带ARM7核的微处理器为核心构成的系统,可以大大简化主机电路和外围电路的设计,真正做到根据仪器、仪表的功能需求进行配置、裁剪、扩充和移植,以实现强实时和高可靠性[4]。1　气敏传感器的工作原理气敏传感器以陶瓷管为框架,外覆一层敏感膜的材料,利用膜两端的镀金引脚进行测量。敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜,其结构原理如图1所示。金电极连接气敏材料的两端,使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。当待测气体的浓度发生变化时,电阻阻值也相应发生变化[6],该电路即以测量气敏传感器的电阻值为基础,通过中心处理单元———带有ARM7内核的LPC2131,进行数据处理、误差补偿,经校准气体的浓度和元件的阻值后,间接得到气体的浓度值,将其输出到显示电路进行显示。图1　气敏传感器结构原理 2　系统设计2.1　系统总体设计系统共分为6个部分:电源电路、加热电路、传感器信号采集电路、中心处理电路、显示电路、电压转换电路。总体电路框图如图2所示。图2　系统原理框图 2.2　电源电路该系统为9V 单电源供电,但由于系统内各芯片工作电压及对电源稳定性的要求不同,所以电源部分由几部分构成: (1)微控制器的工作电压为313V ,采用的AS1117进行电　2006年　第10期仪表技术与传感器 Instrument T echnique and Sens or 2006　 N o 110

气敏传感器介绍与运用

检测技术大作业机械工程学院2013 届题目气敏传感器介绍与应用学生姓名X X 学号200901XXXXXX 专业机械设计制造及其自动化得分任课老师X X

摘要：气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，用来检测气体类别、浓度和成分。它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，其中用的最多的是半导体气敏传感器。关键词：电阻型非电阻型有毒气体保护环境保证安全 ABSTRACT： Gas sensitive sensor is a kind of special gas detection, for the concentration and composition of gas detection, classification. It consists of semiconductor gas sensor, contact combustion type gas sensor and electrochemical gas sensors, which are used most semiconductor gas sensor. Keywords：Resistance type Non resistance Toxic gases Protect environment Ensure safety 一、气敏传感器的现状国外，目前应用最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气敏传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传感器技术（IST）公司应用一种“MegaCas"传感器和微程序控制单元，可检测100种以上毒性气体和可燃性气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。

基于LabVIEW气敏传感器测试系统的设计与实现

收稿日期:2009209209 基金项目:甘肃省经济委员会技术创新项目(2008YS-JK-20) 基于LabVIEW 气敏传感器测试系统的设计与实现祁昌禹,刘国汉,韩根亮,张红霞,马宏伟 (甘肃省科学院传感技术研究所,甘肃兰州 730000) 摘要: 针对传统气敏传感器测试系统手工操作耗时长、精度低的问题,设计了基于LabVIEW 的多通道气敏传感器测试系统,实现了多路控制、多路采集和强大的数据处理功能,有效的提高了实验效率和数据测试精度,降低了测试成本. 关键词: 气敏传感器;LabVIEW;多路控制;多路采集;数据处理中图分类号: TP311.51 文献标志码: A 文章编号:100420366(2009)0420042204 Design and Realization of LabVIEW 2based Gas Sensor Testing S ystem QI Chang 2yu,LIU Guo 2han,H AN Gen 2liang,ZH AN G H ong 2xia,MA H ong 2wei (I nstitute of Sensor Technolog y,Gansu Aca demy of Sciences,La nz hou 730000,China ) Abstr act: In the light of low precision and time consuming of tr aditional gas sensor testing system,a multi 2channel LabVIEW 2based gas sensor testing system was designed to achieve its multiplex control.The functions of multi 2channel collection and effective data handling wer e realized.In the pr oposed system,ex 2perimental efficiency and data precision were greatly improved,and test cost was also reduced.Key words: gas sensor;LabVIEW;multiplex control;multi 2channel collection;data handling N I 公司的LabVIEW 是一种业界领先的工业标准图形化编程工具,在用于开发测试,测量与控制系统中,具有功能完善、开放灵活、便于维护和扩展性好等突出优势[1]. 为了有效地检测气体传感器在不同环境中所反应出的特性,设计了基于LabVIEW 的气敏传感器测试系统,利用了LabVIEW 编程平台,既能安全可靠地控制外围设备,又实现了多路数据的采集、显示、保存、分析.软硬件的结合形成一套完整的系统,在气敏传感器的测试中操作方便、程序简化、提高了效率. 1 测试系统工作原理气敏传感器测试系统的工作原理:已知匹配电阻两端的电压值,得到经过传感器的电流值,计算出传感器的电阻值,见图1所示. 其中V C 1为加热电压、V C 2为工作电压、V 0为采集电压、R s 为匹配电阻,由于气敏传感器在300e 左图1 气敏测试系统原理右才能正常工作,所以采用旁热法装置 [2] .外加匹配电阻R s 是因为不能直接测量传感器的电阻值,借助通过R s 的电流值得到传感器的电阻值.具体方案是通过采集V 0的值,利用R sersor = (V c 2-V 0)R s V 0 ,从而可以得到传感器R ser sor 的实时电阻值. 2 测试系统总体设计系统的整体工作流程分为2路,一路是传感器第21卷第4期 2009年12月甘肃科学学报Journal of Gan su Sciences Vol.21 No.4 Dec.2009