集成气体传感器概述
《气体传感器简介》课件
3
应用扩展
气体传感器的应用领域将继续扩展，包括环境监测、工业控制等。
气体传感器的原理
1 热导法传感器
通过测量气体导热性的变化来检测气体的存在和浓度。
2 电化学传感器
使用电化学反应来测量气体浓度，常用于汽车尾气传感器等应用。
3 红外线吸收传感器
利用气体对特定波长的红外线的吸收程度来检测气体的存在和浓度。
气体传感器的应用
汽车尾气传感器
用于监测和控制汽车尾气中的有害气体排放，以保护环境和人类健康。
《气体传感器简介》PPT 课件
欢迎来到《气体传感器简介》的课件！在这个课程中，我们将介绍气体传感 器的定义、原理、应用、性能参数、优劣势以及发展前景。
什么是气体传感器
定义
气体传感器是一种能够检测和测量环境中气体浓度的设备，用于监测和控制气体的存在和浓 度。
种类
气体传感器有许多不同的种类，包括热导法传感器、电化学传感器和红外线吸收传感器。
3 响应时间
指传感器从检测到气体存 在到产生反应的时间，响 应时间越短越好。
气体传感器的优劣势
优势
高灵敏度、实时监测、易于集成、可靠性高。
劣势
受环境影响、有一定的误差、成本较高。
气体传感器的术，实现气体传感器的智能监测和远程控制。
2
新型气体传感器的研究
不断研发新的气体传感器，提高传感器的性能和应用范围。
家庭燃气泄露传感器
用于检测家庭燃气泄露，及时发现并避免发生火灾和爆炸事故。
空气质量监测传感器
用于测量和监测空气中的有害气体浓度，帮助改善城市空气质量。
气体传感器的性能参数
1 灵敏度
2 工作温度范围
指传感器对气体浓度变化 的敏感程度，越高表示越 容易检测到低浓度的气体。
气体传感器的选择介绍
气体传感器的选择介绍1.检测的气体类型：首先需要确定待检测气体的种类。
不同的气体传感器对于不同的气体有不同的灵敏度和选择性。
常见的气体包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氨气、硫化氢等。
因此，在选择气体传感器时需要明确需检测的气体种类。
2.检测范围：传感器需要具有适宜的检测范围。
传感器应能够检测到待测气体的浓度水平，并且具有一定的动态范围，以应对不同浓度下的检测需求。
对于一些气体，如甲烷和一氧化碳等，较低的浓度也具有较高的危害性，因此需要选择能够检测较低浓度的传感器。
3.灵敏度：传感器的灵敏度是指其对待测气体的检测能力。
传感器应该具有较高的灵敏度，以确保能够准确地检测到待测气体的浓度变化。
传感器的灵敏度通常是通过传感器响应和分辨率来表示的，响应越高，分辨率越高，表示其灵敏度越好。
4.稳定性和可靠性：传感器的稳定性和可靠性是选择传感器时需要重视的因素。
传感器需要具有较长的使用寿命，并且能够在不同环境条件下保持稳定的工作。
同时，传感器还需要具备较低的误报率和失效率，以确保检测结果的准确性和可靠性。
5.响应时间：传感器的响应时间是指传感器从检测到气体浓度变化到输出结果的时间。
对于一些应用场景，如工业生产环境，需要传感器具有较快的响应时间，以及时发现潜在的安全风险。
因此，在选择传感器时需注意其响应时间。
6.成本：最后但同样重要的是成本因素。
传感器的价格和性能之间存在一定的关系。
需要根据具体需求和预算来选择性价比较高的传感器。
综上所述，选择气体传感器时需要考虑气体类型、检测范围、灵敏度、稳定性、可靠性、响应时间以及成本等因素。
通过合理的选择和配置，可以保证传感器能够准确、稳定地检测环境中的气体浓度变化，为相关领域的应用提供有效的支持。
气体传感器技术在现代工业中的应用
气体传感器技术在现代工业中的应用随着工业技术的不断发展，气体传感器技术成为了现代工业中不可或缺的一部分。
这种技术能够感知周围环境中气体的成分和浓度，给人类带来了极大的便利和安全保障。
一、气体传感器介绍气体传感器主要用于检测环境中各种气体的成分和浓度。
根据检测的气体成分不同，可以分为二氧化碳传感器、甲醛传感器、烟雾传感器等多种类型。
气体传感器的工作原理一般是利用半导体材料、纳米技术或化学反应等物理、化学原理来实现对气体的检测。
二、气体传感器技术在工业领域中的应用气体传感器技术在工业的应用范围非常广泛。
以下几个领域是其中的主要应用：1.工业生产过程中的安全监控在一些生产企业中，如煤矿、化工厂等，往往存在一些有害气体。
这些气体如果不及时检测，可能会对工人造成伤害，甚至导致重大事故。
因此，安装气体传感器，可以及时感知有害气体的种类和浓度，从而采取相应的安全措施，保障生产过程中的安全。
2.室内空气检测气体传感器也常被用来检测室内空气中的甲醛、二氧化碳、PM2.5等有害气体的浓度。
对于一些孕妇、老人、小孩等特殊人群，及时检测空气中的有害气体，可以有效地预防和治疗相关疾病。
3.环保污染检测环保污染的治理一直是社会关注的问题。
气体传感器技术可以检测空气中的污染物，判断污染的种类和来源。
这样可以及时采取相应的污染治理措施，减少对环境的破坏。
4.医疗领域气体传感器也在医疗领域得到了广泛应用。
比如，检测患者呼出气体中的一氧化碳、二氧化碳和氧气等气体的浓度，可以诊断和预防呼吸道疾病、肺部疾病等疾病。
三、气体传感器的未来发展趋势随着科技的不断进步，气体传感器将会发展出更为高效、便捷、精确的传感器技术。
未来，气体传感器的应用领域也将会更加广泛，包括但不限于军事、航空航天、智能家居等领域。
同时，还将会出现集成度更高、更具有可穿戴性的气体传感器，为人们提供更加智能的生活体验。
总之，气体传感器技术在现代工业中的应用及其未来发展前景都是相当广阔的。
几种气体传感器的介绍
常见类型与用途
声表面波气体传感器有多种类型，如金属氧化物半导体型 、高分子材料型等。其中，金属氧化物半导体型传感器应 用最为广泛，主要用于检测可燃性气体、有毒有害气体等 。
声表面波气体传感器具有灵敏度高、响应速度快、稳定性 好等优点，因此在工业自动化、环境监测、安全防护等领 域得到广泛应用。
优点与局限性
热线型传感器利用加热的金属丝检测气体热导率的变化；薄膜型传感器则使用薄膜 材料作为热敏元件；干涉型传感器利用光干涉原理测量温度变化。
热导率气体传感器广泛应用于工业过程控制、环境监测、安全检测等领域，用于检 测各种有毒有害气体、可燃气体以及氧气等。
优点与局限性
热导率气体传感器具有结构简单、稳定性好、寿命长等优点，同时对某些特定气体的检测具有较高的 灵敏度和选择性。
局限性
光学气体传感器容易受到光学元件污染、光源老化等因素的影响，需要定期维护 和校准。此外，光学气体传感器的成本较高，限制了其在某些领域的应用。
04
金属氧化物半导体气体传感器
工作原理
金属氧化物半导体气体传感器利用金 属氧化物作为敏感材料，通过气体与 敏感材料发生反应，导致材料电阻发 生变化，从而检测气体浓度。
化来检测气体的浓度。
传感器通常包含光源、光检测器 和光学元件，通过测量气体对光 的吸收或散射程度，可以确定气
体的浓度。
不同的气体对光的吸收或散射程 度不同，因此传感器具有选择性 ，能够针对特定气体进行检测。
常见类型与用途
红外线气体传感器
利用红外线对不同气体的吸收特性，常用于检测 二氧化碳、甲烷等气体。
当待测气体吸附在敏感材料表面时， 敏感材料的电子结构和电阻率发生变 化，导致电阻值变化，通过测量电阻 值的变化即可推算出气体的浓度。
基于MEMS技术的气体传感器研究与应用
基于MEMS技术的气体传感器研究与应用近年来，随着科技的不断进步，MEMS技术得到了广泛应用和研究。
其中，基于MEMS技术的气体传感器在环境监测、工业控制、医疗诊断等领域发挥着重要作用。
本文将探讨MEMS技术在气体传感器研究与应用中的进展和前景。
1. MEMS技术的基本原理MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术是一种将微观电子技术与机械工艺相结合的技术。
它通过微纳加工技术，将微小的机械结构和电子元件集成在一起，实现对微小物理量的测量和控制。
MEMS技术的核心是微加工工艺，包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等多种工艺。
2. MEMS气体传感器的原理与结构MEMS气体传感器是基于MEMS技术制造的一种传感器，用于检测和测量气体的浓度、压力、温度等参数。
其工作原理一般是通过气敏材料与被测气体的相互作用，产生电学信号，进而实现气体的检测和分析。
3. MEMS气体传感器的优势相比传统的气体传感器，基于MEMS技术的气体传感器具有以下优势：（1）体积小巧：由于MEMS技术的微纳加工特性，使得气体传感器可以制造成微小的芯片，方便集成到各种设备和系统中。
（2）低功耗：MEMS气体传感器的功耗较低，可以实现长时间的连续监测和控制。
（3）高灵敏度：MEMS气体传感器的灵敏度较高，可以实现对微小气体浓度的检测和分析。
（4）快速响应：基于MEMS技术的气体传感器响应速度快，可以实时监测气体的变化。
4. MEMS气体传感器的应用领域基于MEMS技术的气体传感器在各个领域都有广泛的应用。
在环境监测方面，可以用于检测空气质量、水质污染等；在工业控制方面，可以用于气体泄漏检测、燃气安全监测等；在医疗诊断方面，可以用于呼吸气体分析、病菌检测等。
此外，MEMS气体传感器还可以应用于智能家居、汽车电子等领域。
5. MEMS气体传感器的挑战与展望虽然MEMS技术在气体传感器领域取得了显著的进展，但仍面临一些挑战。
气体传感器原理
气体传感器原理
气体传感器原理是通过感知目标气体分子的存在与浓度变化，并将其转化为相应的电信号输出。
气体传感器中常用的原理包括电化学原理、光学原理、热学原理、半导体原理等。
其中，电化学原理是利用气体与电极之间的化学反应产生电流的变化来检测目标气体的存在与浓度。
此类传感器通常由感受层、电极和电解质组成。
感受层会吸收气体，并引发与电极和电解质之间的反应，使得电流产生变化。
光学原理则是利用气体分子对光的吸收、散射或发射特性来测量气体浓度。
例如，红外吸收光谱技术可通过检测气体分子对特定波长红外光的吸收程度来确定气体浓度。
热学原理是通过测量气体感受层的温度变化来判断气体浓度。
当目标气体与感受层接触时，其热导率会发生变化，从而导致感受层的温度发生变化，进而被传感器测量。
半导体原理是利用气体分子与半导体材料之间的相互作用来检测气体存在与浓度变化。
当目标气体与半导体表面接触时，会发生电子转移，导致半导体材料的电阻发生变化。
测量这种电阻变化可以推测气体的浓度。
以上是一些常见的气体传感器原理，每种原理具有不同的优势和适用范围，可根据具体需求选择合适的气体传感器。
《气体传感器简介》课件
复合材料
通过组合不同材料的优点 ，实现气体传感器性能的 优化。
智能化与网络化的发展
智能化
通过集成微处理器和算法，实现气体 传感器的自动校准、数据分析和远程 控制等功能。
网络化
将气体传感器接入互联网，实现数据 的实时传输、远程监控和跨区域的数 据共享。
在环保监测领域的应用前景
大气污染监测
用于监测空气中的有害气 体和温室气体，为环境保 护提供数据支持。
详细描述
电化学气体传感器利用气体在电极表面发生的电化学反应来检测气体的浓度。这种传感器通常由至少两个电极组 成，其中一个电极是敏感电极，能够与被测气体发生反应，另一个电极作为参照电极。通过测量电化学反应产生 的电流或电压来计算气体的浓度。
光学气体传感器
总结词
基于不同气体对光的吸收或反射不同的原理进行检测。
详细描述
光学气体传感器利用不同气体对特定波长的光具有不同的吸收或反射特性，通过测量光通过气体时发 生的变化来检测气体的浓度。这种传感器通常由光源、光路和检测器组成，通过测量光强的变化来计 算气体的浓度。
固态电解质气体传感器
总结词
基于气体在固态电解质中的离子传导性 能不同的原理进行检测。
VS
详细描述
工作原理
电化学传感器
利用电化学反应检测气体，通 过测量电流或电压变化来推断
气体浓度。
半导体传感器
利用气敏材料的电阻变化来检 测气体，当气体与敏感材料接 触时，电阻发生变化，从而检 测气体浓度。
红外传感器
利用红外线吸收原理检测气体 ，通过测量气体对红外线的吸 收程度来推断气体浓度。
催化燃烧传感器
利用催化燃烧原理检测气体， 当气体与敏感材料接触时，发 生催化燃烧反应，从而检测气
MEMS 气体传感器简介ppt课件
图4 FA IMS气体传感器原理
Thank you!
Here is a question of
time.
.
1.1气体声光效应法 气体的光声效应(photoacoustic spectroscopy)早在1880
年就由贝尔发现,但直到20世纪80年代,随着激光器和高灵敏麦克 风技术的成熟, 才在气体传感器领域得到研究。
光声气体传感器由调制光源（modulated light source）、 光声池（photoacoustic cell ）、高灵敏麦克风（High sensitive microphone ）系统3个主要部分组成(如图1) 。
.
4、高场非对称波形离子迁移谱(Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry )技术气体传感器
FA IMS技术是基于离子迁移谱技术( IMS)发展而来, 原理如图4。载 气与样品混合电离后经过离子门送到离子飘移区,在高压(大于11 000V / cm)交变电场的作用下,不同离子的迁移速性有关,因此,高电场可以区分低电场迁移相近的 离子。对于交变电场再增加一个直流偏置电压,抵消待检测气体离子的高 电场迁移效果,即可使得特定离子通过飘移区达到检测电极。在样品检测 过程中对直流偏置电压进行扫描即可分析样品气体中的成分。
2.2电导型气体传感器
2.3谐振式微悬臂梁气体传感器
.
2.1声表面波型气体传感器
比较电路
产生声表面波
图3 SAW气体传感器原理图
.
接收声表面波
3、Gas sensor for inflammable and explosive gas catalytic combustion
催化燃烧式气体传感器的原理源自宏观的气体传感 器,主要用于甲烷, CO等易燃易爆气体检测领域。通过 MEMS技术将催化剂制做为薄膜,对其加热。当空气中有易 燃易爆气体存在时,气体分子在催化剂表面发生催化氧化 反应（catalytic oxidation reaction）,并放出热量。经 过热敏元件将温度变化转换为电信号,与参比薄膜进行比 对得到气体体积分数变化,热敏元件常用热敏电阻器,常用 催化剂有氧化Pd, Pt等。MEMS工艺实现催化剂薄膜化、 微型化,并对加热电极、热敏元件进行集成,从而有效减小 传感器的体积。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
晶体管 半导体二极管
由于该二氧化硅层足够薄 ，可 以使 电子在基本 不受阻挡地通过。 当氧气被吸附在催化金 属表
１ 引言
随着 各种 天 然气 、煤 制气、液 化 气在 人 类Ｆ Ｉ 常生产生活 中不 断被开 发和使 用 ，各 种可 燃性气体经常会弥散在工作场所和 人们的生活 中。为 了有效地进行燃 气生产 中的质 量监 控和 气体成分分析 、环境保护 中的空气 污染检 测和 对 民用燃气泄露的检测及报警 ，气体传感器 应 运而生 。气体传感器是用于检 测各 种气体 的存 在和浓度的传感器 ， 主要 应用于城市生活安全 ， 比如检测燃气 （ 液化石油气 、煤气 ）、酒精 、
变 化。
的势垒高 度对氢 是不敏感 的。 为 了解决这 一 问题 ，可 以在钯 和硅 之间
夹 一 层 薄 二 氧 化 硅 ，来 组 织 钯 和 硅 反 应 ， 同 时
【 关键词 】一传感器 金属氧化物 钯栅 场效应
另 外，可 以通过 一 些方 式来改 进金 属 氧 化物半导体传感器的选择性 ，除了添 加催化 金 属外 ，还可以通过调节工作温度和去 除干扰 气 体成分来达到 目的。
电力电子 ● Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
集成气体传感器概述
文／ 梅娜
变化来进行检测 。氧化锡和氧化锌 等材料 多用 气体 传 感 器在人 类 生产 生 活 中扮 演着 重要 的 角 色，尤 其 是 在安 全领 域 它现在 已经是 必 不可 少 的。根据 工作特 性 的 不 同，气 体传 感 器可 以分 为 半导 体型 ，电 化学型 ， 光化 学型 ， 天然与仿生型 ， 以 及 其 他 类 型 。 本 文 简 述 了 集 成 气 体传 感 器的特 性 和种 类， 并挑 选 了其 中 比较 有 代表 性 的金属 氧 化 物半 导体 气体 传 感 器、钯栅 场 效 应 晶体管 气体 传 感器 和半 导体 二极管 气体传感 器做 以详 细叙述 。
３钯栅场效应晶体管气体传感器
如果 用金 属钯 代替 常用 的铝 作为 栅 电极
面 ，在催化金属的作用下 ，氢分子分解产 生氢 原子 ，氢原子扩散 通过金属膜 ，到底 金属 一 绝
缘层界面。 由于界面 电荷的吸引 ，氢原子被 吸
材料制造金属氧化物场效应气敏器件 ，这 种器 附在金属 一 绝缘层界面 处，形成一偶极层 ，这 件的二 氧化硅 层厚度会 比通 常的 ＭＯ Ｓ场效 应 个偶极层将改变催化金属的功函数 ，而使得二 管薄 ，并且用钯作为栅极材料 。由于这种气敏 极 管 的 势 垒 降 低 。 器件对氢气很敏感 ，且选择性 很好 ，故可作为
一
通 常 ， 氢 气 敏 感 传 感 器 应 工 作 于 高 温 空
于制造此类传感器 。此类气体传感器检测 灵敏
气 中。 由于空气 中大量氧的存在 ，会在钯表 面
度高 ，相应速度快 ，大多 以可燃性 气体作为检 形成水分 子，减少了钯 一 绝缘体界面处的有 效 测对象 。在这类金属 氧化物 中 ，若 出现金属过 氢原子数 。因此 当温度较高 时传感器 的灵敏 度
Ｇ Ｓ的变化等于 阈值 电压 Ｖ Ｔ的变化 。 更好的集成气体传感器被研制出来 。 由于其 工作 属性 所致 ，气体 传感 器 应具 压 Ｖ 由于钯 的催 化 作用 ，使氢 分子 吸附 在栅 备 以下 两 个特 性 ：】 ． 选择 性 ， 即对 被 测 气 体 以
外 的共存 气体 或物质不敏感 ；２ ． 灵敏度和动态 响应范 围，即在被 测气体浓度降低时 ，有足够 大 的响应 信号，在被测气体浓度较高时 ，有较 好 的线性 响应值 。 按 照 不 同的工 作特 性来 分类 的话 ，大致 极 表面后很快 离解成氢原于 。氢原子能够渗入 钯 并在钯 中扩散 ，吸附在钯 一 二氧化硅界 面， 在界面上形成偶极层 ，这样钯的功 函数会 发生 变 化，导致该钯栅场效应晶体管气体传感器的
如 若半 导体 与气 体之 间 的相互 作用 涉及 会发生变 化。然而由于钯和硅很容 易在界面处 到半导 体的内部 ，则该传感器是体控制型 。体 产 生硅化 物，致 使结 构改变 ，直接与硅接触形 控制型气体传感器与被测气体接触 以后 ，气敏 成 势垒的是硅化钯，而硅化钯的功函数对氢是 材料的晶体结构会发生变化 ，使得其 电阻发 生 不敏感的。因此用钯 一 硅形成 的 肖特基二极管
氢敏器件 。 当某种气体吸 附在栅极表面 ，ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ 栅 金属 的 功 函数 Ｍ 发 生变 化 ，因而使 金属 ５ 结 论 集 成气 体传感 器有 着广 泛 的应用 前景 和 广阔的市场空 间。目前对集 成气体 传感器 的研
与半导体的功 函数差 （ Ｄ Ｍｓ发生变化 ，导 致该 究主要是针对有毒性气体和 可燃烧性 气体 ， 研 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ的阈值 电压 ＶＴ发生变 化。Ｍ０ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 究的主要方 向是如何提高传感器 的敏感 度、恶 氢气等的浓度 ；以及应 用于 工业作 业过程 中 ， 包括炼钢 、发酵 、冶金 、矿 井、骑 车、嗅觉传 气敏传感器是一 种电压 控制型传感器。当栅极 劣环 境 中的 工作 时间 以及减 低成 本和 智能 化 Ｔ发生 变化时，调节栅 等。稳定的性 能以及快 的相应速度 和 良好的重 感器等等 。目前 气体传感器 的检 测对 象主要是 吸附气体使闯值 电压 Ｖ 源 电压 ＶＧＳ使漏极 电流 Ｉ Ｄ保持不变 。栅源 电 复性也是人们不断追 求的 目标。相 信未来会有 有毒性气体和可燃烧性气体 。
剩或氧缺少时 ，产生 晶格缺 陷从而形成施主能 级 ，形成 Ｎ 型半导 体。由于 Ｎ 型半导体 中的
会更高 。
载流子是 电子 ，迁移率 较大 ，电子的浓度变化
所 引起 的电导率变化 也会变大 ，这就有利于提 高灵敏度 。
４半导体二极管气体传感器
金 属功 函数 因某 种 因素作 用而 变化 ，势 垒 高度 会随之 发生变 化，这 会导致伏安特性也