气敏传感器
气敏传感器
无线火灾自动报警网络
图9-1无线火灾自动报警网络
一、气敏传感器的组成
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，能将检测到的 气体（特别是可燃气体）成分、浓度等变化转化为电阻 （电压、电流）的变化
图9-2 气敏传感器的组成
TGS109型气敏传感器 型气敏传感器
图11-3 TGS109型气敏传感器的内部结构
三、气敏传感器的测量电路
1．基本测量电路
图11-5 气敏传感器的基本测量电路
2．温度补偿电路 ．
气敏传感器在气体中的电阻值与温度和湿度有关。当温 度和湿度较低时，气敏传感器的电阻值较大；温度和湿度较 高时，气敏传感器的电阻值较小。因此，即使气体浓度相同， 电阻值也会不同，需要进行温度补偿。
图11-6 温度补偿电路
半导体电阻式气敏传感器（以下所介绍的 均为此类传感器）的核心部分是金属氧化物， 主要有SnO2、ZnO及Fe2O3等。当周围环境 达到一定温度时，金属氧化物能吸附空气中的 氧，形成氧的负离子吸附，使半导体材料中电 子的密度减小，电阻值增大。当遇到可燃性气 体或毒气时，原来吸附的氧就会脱附，而可燃 性气体或毒气以正离子状态吸附在半导体材料 的表面，在脱附和吸附过程中均放出电子，使 电子密度增大，从而使电阻值减小。
酒精； 可燃性气体； 氧气
二极管整流特性 非电阻型 晶体管特性 表面控制型
铂-硫化镉、铂-氧化钛（金属-半导 体结型场效应管）
氢气； 一氧化碳； 酒精
铂栅、钯栅MOS场效应管氢气； 硫化氢来自 2．气敏传感器的工作原理 ．
气敏传感器是一种利用被测气体与气敏元件 发生的化学反应或物理效应等机理，把被测气 体的种类或浓度的变化转化成气敏元件输出电 压或电流的变化。半导体电阻式气敏传感器则 是利用气体吸附在半导体上而使半导体的电阻 值随着可燃气体浓度的变化而变化的特性来实 现对气体的种类和浓度的判断。
气敏传感器特性
2.5信号处理
SnO2气敏元件不需要复杂的处理设备，可将待检测气体浓度 通过直接转化变成电信号，信号处理电路简单。
2.SnO2系气敏传感器特性参数
2.6影响SnO2气敏效应的因素
（1）SnO2结构组成 SnO2中氧空位多，气敏效应明显。
（2）SnO2中添加物 SnO2中添加物对气敏效应有显著影响，如下表。
电阻型气敏元件在常温条件下洁净空气中的电阻值，一般范围在103105欧姆。
测量固有电阻值Ra时，应要注意必须在洁净空气中测ຫໍສະໝຸດ 。1.2气敏元件响应时间tr
表征在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。 一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触开始计时，直到气敏元件 的电阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63%为止。
1.7气体浓度
对空气中污染物浓度表示方法： （1）质量浓度表示法 每立方米空气中所含污染物的质量，即mg/m3。 （2）体积浓度表示法 一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm。
1. 气敏传感器特性参数 2. SnO2气敏传感器特性参数 3. ZnO气敏传感器特性参数
2.SnO2系气敏传感器特性参数
2.1灵敏度特性
SnO2气敏元件的阻值Rc与空气中被测气体的浓度C 成对数关系：
logRc=m*logC+n
n：与气体检测灵敏度有关，除了随材料和气体种 类不同而变化之外，还会由于测量温度和添加剂不同 而变化。
m：为气体的分离度，随气体浓度变化而变化。对 于可燃气1/3<m<1/2。
SnO2气敏元件灵敏度特性
Va：气敏元件在洁净空气中工作时负载电阻电压 Vg：气敏元件在规定浓度的被测气体中工作时负载电阻电压 Vgi：气敏元件在i气体浓度为规定值中工作时负载电阻电压
气敏传感器实训报告心得
一、引言气敏传感器作为一种重要的检测元件，在环境保护、工业生产、医疗健康等领域发挥着重要作用。
为了深入了解气敏传感器的原理、应用及其在实际工作中的应用，我们参加了为期两周的气敏传感器实训。
通过本次实训，我对气敏传感器有了更深刻的认识，现将实训心得体会如下。
二、实训内容1. 气敏传感器原理及分类实训中，我们首先学习了气敏传感器的原理和分类。
气敏传感器是一种能够将气体浓度转化为电信号的传感器，主要分为半导体型、金属氧化物型和催化燃烧型三种。
半导体型气敏传感器具有体积小、响应速度快、成本低等优点，广泛应用于工业、环保等领域。
2. 气敏传感器制作工艺实训过程中，我们亲手制作了一个简单的气敏传感器。
首先，我们了解了气敏传感器的制作工艺，包括传感器元件的选取、电路设计、封装等环节。
然后，我们按照指导老师的指导，完成了传感器的制作。
3. 气敏传感器性能测试在完成传感器制作后，我们对其性能进行了测试。
测试内容包括灵敏度、响应时间、恢复时间等。
通过对比实验数据，我们分析了传感器性能的影响因素，并提出了优化方案。
4. 气敏传感器应用案例分析实训过程中，我们还学习了气敏传感器在环保、工业、医疗等领域的应用案例。
通过这些案例，我们了解到气敏传感器在实际工作中的应用价值，以及如何针对不同应用场景选择合适的传感器。
三、实训心得体会1. 提高动手能力本次实训让我深刻体会到动手能力的重要性。
在制作气敏传感器过程中，我学会了如何使用各种工具和仪器，掌握了传感器的制作工艺。
这些技能将在今后的学习和工作中发挥重要作用。
2. 培养团队合作精神实训过程中，我们小组共同完成了传感器的制作和测试。
在这个过程中，我们相互协作，共同解决问题。
通过这次实训，我深刻体会到团队合作精神的重要性，以及如何在团队中发挥自己的优势。
3. 深化专业知识通过实训，我对气敏传感器的原理、分类、制作工艺、性能测试等方面的知识有了更加深入的了解。
这些知识将为我今后的学习和工作奠定坚实的基础。
气敏传感器工作原理
气敏传感器工作原理
气敏传感器是一种用于检测气体浓度或气体特性的传感器。
它们基于气体与敏感材料之间相互作用的变化来实现气体检测。
下面是一般气敏传感器的工作原理：
敏感材料选择：根据需要检测的气体种类和特性，选择适合的敏感材料。
常用的敏感材料包括金属氧化物（如二氧化锡、二氧化钛）、半导体材料（如硅、锗）以及聚合物材料等。
基线电阻测量：在传感器未受到气体作用时，测量敏感材料的基线电阻值。
基线电阻是指在没有目标气体存在时的敏感材料的电阻值，它通常是一个稳定的参考值。
气体作用：当目标气体接触到敏感材料时，气体分子与敏感材料表面发生化学反应、吸附或吸收等作用，导致敏感材料的电学特性发生变化。
电学信号变化：敏感材料的电学特性的变化导致传感器输出电信号的变化。
这些变化可以是电阻、电容、电压或电流的变化，取决于传感器的工作原理和设计。
信号处理：传感器输出的电信号经过信号处理电路，如放大、滤波和线性化处理，以提取有效的气体浓度信息。
气体浓度检测：通过与预先建立的校准曲线或算法进行比较，将传感器输出的电信号转换为对应的气体浓度或指示气体特性
的数值。
气敏传感器利用敏感材料与目标气体之间的相互作用来实现气体检测，通过测量电学特性的变化来获得目标气体的相关信息。
不同类型的气敏传感器采用不同的敏感材料和工作原理，因此其具体的工作原理会有所不同。
气敏传感器工作原理及应用
气敏传感器工作原理及应用气敏传感器是一种能够感知气体浓度变化并将其转化为电信号的传感器。
它是通过一种特别的物理或化学反应来实现的，当特定气体分子接触到传感器的感应层时，会产生化学反应或物理性质的变化，这种变化可以被传感器检测到并转化为电信号输出。
一般来说，气敏传感器可以分为两大类：基于电阻变化的传感器和基于电容变化的传感器。
基于电阻变化的传感器中最常见的是金属氧化物半导体传感器（MOS）。
这类传感器的感应层由一种或多种金属氧化物组成，当目标气体与感应层接触时，其电阻值会发生变化，这种变化与目标气体浓度呈正相关。
例如，常用的氧气传感器就是利用金属氧化物感应层的电阻值变化来检测氧气浓度的。
基于电容变化的气敏传感器则是通过感应层与探测电极之间的电容变化来检测气体浓度的。
当目标气体接触到感应层时，感应层的电容值会发生变化，这种变化可以由传感器测量电路检测到并转化为电信号输出。
气敏传感器广泛应用于许多领域，以下是一些常见的应用示例：1.空气质量监测：气敏传感器可以用于监测室内和室外空气中的有害气体浓度，如CO2、CO、甲醛等，用于提醒人们做好防护措施，保障健康。
2.工业安全监测：在工业生产中，许多化学物质具有毒性或易燃性，气敏传感器可以用于检测这些气体浓度，及时发现异常情况并采取相应措施，确保工作环境的安全。
3.火灾报警系统：气敏传感器可以用于检测火灾产生的有害气体，如烟雾、一氧化碳等，一旦检测到异常浓度，可以及时发出警报并采取紧急措施。
4.环境污染监测：气敏传感器可以用于监测大气中的有害气体浓度，如二氧化硫、氮氧化物等，帮助评估环境污染程度和制定相应防治措施。
5.智能家居：气敏传感器可以用于检测厨房或浴室中的有害气体，如煤气泄漏、液化气泄漏等，及时发出警报并切断气源，避免潜在的安全隐患。
总结起来，气敏传感器通过感应层与目标气体的相互作用来感知气体浓度变化，具有灵敏度高、响应速度快等特点，可广泛应用于环境监测、工业安全、火灾报警等领域，起到保护生命和财产安全的重要作用。
气敏传感器
气敏传感器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。
它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
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。
由于气体种类繁多, 性质各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，因此，能实现气-电转换的传感器种类很多，按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。
目前实际使用最多的是半导体气敏传感器，因此本文主要讲述半导体气敏元件的有关原理及应用。
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。
按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型，前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变；后者半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化，而使电导率变化。
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；非半导体式气敏元件则是根据气体的吸附和反应，使其某些关系特性发生改变，来对气体进行直接或间接的检测，如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体的。
表1为半导体气敏元件的分类：表1 半导体气敏元件的分类气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。
气敏传感器的工作原理
气敏传感器的工作原理
1定义
气敏传感器是一种特殊的传感器，它可以检测出环境中各种气体的浓度和比例。
2原理
气敏传感器的原理是利用电化学反应识别出空气中各种气体，通常是一种小型电阻传感器，它使用金属电阻，通过测量电阻来识别环境中各种气体的浓度和比例。
当环境中存在被检测的气体时，电阻会发生变化，从而测量出气体的浓度和比例。
3工作原理
气敏传感器的工作原理主要分为三个步骤：
（1）电解质溶液：电解质电压将作为激励电压，将气体电解变成气体离子。
（2）膜分离：通过沉积电解质对气体离子的吸收，将气体离子和电解质离子分离。
（3）电阻测量：根据气体离子的分布，测量出气体离子所产生的电阻变化，从而检测到环境中各种气体的浓度和比例。
4优点
气敏传感器具有准确度高、灵敏性强、响应速度快、尺寸小、传输距离长、结构简单、稳定性好、运行容易、价格低等优点，大大的提升了传感器的检测精度和可靠性。
5应用
气敏传感器广泛应用于航空航天、无线通讯、生物化学、汽车制造、环境监测等行业，有着重要的现实意义。
例如，气敏传感器可以用来监测空气中的有毒气体浓度，以帮助预防空气污染；也可以帮助航空航天技术更好地检测天气状况；另外，气敏传感器还可以用于呼吸治疗，帮助更好地调节呼吸模式。
气敏电阻传感器
气敏电阻传感器的原理及应用电子仪表Z101 段志达学号：104662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。
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。
一、器皿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、Ni O、BaTiO3等都具有气敏效应。
常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。
半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点；半导体气敏元件有N型和P型之分。
N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。
SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于 N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。
当遇到有能供给电子的可燃气体时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。