气体和湿度传感器资料
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气体和湿度传感器资料
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高
风
景
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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吁
嗟
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后
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我
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。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
谢谢！
1
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6பைடு நூலகம்、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
气体和湿度传感器及其应用1精选全文
可编辑修改精选全文完整版第十章气体和湿度传感器及其应用10.1气体传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。
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。
所以对气敏传感器有下列要求：能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度，能长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质所产生的影响小等。
由于被测气体的种类繁多，性质各不相同，不可能用一种传感器来检测所有气体，所以气敏传感器的种类也有很多。
近年来随着半导体材料和加工技术的迅速发展，实际使用最多的是半导体气敏传感器，这类传感器一般多用于气体的粗略鉴别和定性分析，具有结构简单、使用方便等优点。
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。
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。
第一类，半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子授受，结果使半导体的电导率等物性发生变化，但内部化学组成不变；第二类，半导体与气体的反应，使半导体内部组成(晶格缺陷浓度)发生变化，而使电导率改变。
按照半导体变化的物理特性，又可分电阻型和非电阻型两类。
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他参数，如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体。
10.1.1电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料作为气敏元件。
它分 N 型半导体如 SnO2、Fe2O3、ZnO等；P 型半导体，如 CoO、P b O、CuO、N i O 等。
1.材料和结构因为许多金属氧化物具有气敏效应，这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之为半导体陶瓷，简称半导瓷。
常见传感器及工作原理
常见传感器及工作原理传感器是现代科技中不可或缺的一部分，它们负责将物理量转换成电信号或其他可以被处理的形式，从而实现对环境变化的感知和监测。
以下是一些常见传感器及其工作原理的介绍。
1. 温度传感器温度传感器是用来测量环境温度的设备。
它们可以基于不同的工作原理来实现。
其中一种常见的工作原理是热敏电阻。
热敏电阻的电阻值随温度的变化而变化，通过测量电阻值的变化来确定温度。
还有一种常见的工作原理是热电偶。
热电偶利用两种不同金属的热电效应产生电势差，通过测量电势差来确定温度。
2. 湿度传感器湿度传感器用于测量环境的湿度水分含量。
一种常见的湿度传感器是电容式湿度传感器。
它利用物质在不同湿度下的电容变化来测量湿度。
当空气中的湿度增加时，电容值也会增加。
另一种常见的湿度传感器是电阻式湿度传感器。
它利用湿度对电阻值的影响来测量湿度。
3. 光照传感器光照传感器用于测量环境中的光照强度。
一种常见的光照传感器是光敏电阻。
光敏电阻的电阻值随光照强度的变化而变化，通过测量电阻值的变化来确定光照强度。
另一种常见的光照传感器是光电二极管。
光电二极管利用光的能量来产生电流，通过测量电流的变化来确定光照强度。
4. 气体传感器气体传感器用于检测环境中的气体浓度。
一种常见的气体传感器是电化学传感器。
电化学传感器利用气体与电极之间的化学反应来测量气体浓度。
不同的气体会引起不同的化学反应，从而产生不同的电流信号。
另一种常见的气体传感器是光学传感器。
光学传感器利用气体对特定波长的光的吸收程度来测量气体浓度。
5. 压力传感器压力传感器用于测量环境中的压力变化。
一种常见的压力传感器是压阻式传感器。
压阻式传感器利用压力对电阻值的影响来测量压力变化。
当受到压力时，电阻值会发生变化。
另一种常见的压力传感器是压电传感器。
压电传感器利用压力对压电材料的形变产生电荷来测量压力变化。
以上是一些常见传感器及其工作原理的简介。
传感器的应用范围非常广泛，从工业生产到家庭生活都离不开它们。
气体湿敏传感器
m—可燃性气体的浓度[％(Vol)]；
—由检测元件上涂覆的催化剂决定的常数。
ρ ，C和的值与检测元件的材料、形状、结构、表面处理方法
等因素有关。Q由可燃性气体的种类决定，在一定条件下，都
是确定的常数。则：E=k•m•b ， b Q
C
即A、B两点的电位差E与可燃性气体的浓度m成比例。测得E
（5）气敏元件的加热电阻和加热功率
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表示。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 。 气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，
用ＰＨ表示。一般在(0.5～2.0)W范围。
气敏元件大多以金属氧化物半导体为基材。当被测气体在该
半导体表面吸附后引起其电特性(例如电导率)变化。SnO2、 ZnO、Fe2O3等材料存在气敏效应，当表面吸附某种气体时会引 起电导率的变化。作为敏感元件，要求这种反应必须可逆。
气敏元件的定性解释模型：表面电荷层模型等。
电阻型气体传感器件的主要特性参数与特点
差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一 气敏元件，在相同温度条件下在不同地区测定，其固有阻值也 出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。
（2）气敏元件的灵敏度 表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气
体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气 体浓度之间的依从关系。表示方法有三种
二氧化锆氧敏元件与多数固体电解质氧敏元件一样，作成浓差 电池形式。在二氧化锆两侧装上铂电极，两电极的电位不同时， 两极间产生浓差电动势，测定固体浓差电池的电动势，可测定 被测气体浓度。
30种常见传感器模块简介及工作原理
30种常见传感器模块简介及工作原理传感器是物理、化学或生物特性转换成可测量信号的设备。
它们在各个领域中起着重要的作用，从智能家居到工业自动化，从医疗设备到汽车技术。
本文将介绍30种常见的传感器模块及它们的工作原理。
1. 温度传感器：温度传感器是测量环境温度的常见传感器。
它们根据温度的影响来改变电阻、电压或电流。
2. 湿度传感器：湿度传感器用于测量空气中的湿度水分含量。
根据湿度的变化，传感器可能改变电阻、电容或输出电压。
3. 压力传感器：压力传感器用于测量液体或气体的压力。
它们可以转换压力为电阻、电流或电压的变化。
4. 光敏传感器：光敏传感器用于测量光照强度。
它们的响应基于光线与其敏感部件之间的相互作用。
5. 加速度传感器：加速度传感器用于测量物体的加速度或振动。
它们可以检测线性或旋转运动，并将其转换为电压或数字信号。
6. 接近传感器：接近传感器用于检测物体与传感器之间的距离。
它们可以使用电磁、超声波或红外线等技术来实现。
7. 声音传感器：声音传感器用于检测环境中的声音级别或频谱。
它们可以将声波转换为电信号以进行进一步的处理。
8. 姿势传感器：姿势传感器用于检测物体的倾斜、角度或方向。
它们可以使用陀螺仪、加速度计等技术来实现。
9. 指纹传感器：指纹传感器用于检测和识别人体指纹。
它们通过分析指纹的纹理和特征来实现身份验证。
10. 光电传感器：光电传感器使用光电效应或光电测量原理进行工作。
它们通常用于检测物体的存在、颜色或距离。
11. 气体传感器：气体传感器用于检测和测量空气中的气体浓度。
它们可以用于检测有害气体、燃气泄漏等。
12. 液位传感器：液位传感器用于测量液体的高度或压力。
它们可以使用压力、浮球或电容等技术来检测液位变化。
13. 磁场传感器：磁场传感器用于测量、检测和方向磁场强度。
它们通常用于指南针、地磁测量等应用。
14. 触摸传感器：触摸传感器用于检测触摸或接近物体。
它们可以使用电容、电感或红外线等技术来实现。
第五章湿度传感器
湿度传感器
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基本概念 1、干空气与湿空气（Dry air and Wet air）： 通常把不包含水汽的空气称为干空气，把包 含干空气与水蒸汽的混合气体称为湿空气。 2、绝对湿度(Absolute humidity)： 绝对湿度是指单位体积的湿空气中所包含的 水蒸汽的质量，也就是空气中水蒸汽的密度。一 般用kg/m3或g/m3作单位，即一立方米湿空气中所 含水蒸汽的千克数或克数。
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五、电子式湿度计 1、电阻式湿度传感器 氯化铝薄膜、过氧化铝等电阻率变化。 2、电容式湿度传感器 高分子聚合物膜、氯化锂、水溶性盐、凝胶 状纤维物、炭精粉与过氧化铝混合物等作为电容 器的电介质，介电常数随相对湿度变化。
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电容式湿度传感器结构 用陶瓷基底上的聚 酯材料作为湿度敏感材 料 多孔铂层作为电极 表面覆上保护性聚 酯层防止油污、灰尘等 的污染
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一、湿度的测量方法 湿 机械式---毛发湿度计 干湿球式 光电露点湿度计 电子式湿度计
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二、毛发湿度计：
毛发变化3% 现用纤维素与约 50μm的金属箔粘 合在一起，卷成螺 旋状构成
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基本概念
5、相对湿度（Relative humidity）
6、露点与霜点（Dew Point and Frost Point） 湿空气在气压不变条件下使其所含水蒸汽达 到饱和状态时所必须冷却到的温度称为露点温度 或露点。若露点温度低于0℃，水汽实际将凝结 成霜， 称为霜点温度或霜点。
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天然气在线露点仪
选择露点仪的应注意的几个问题： 1、镜面污染对露点测量的影响 2、镜面降温速度和样气流速 当其它条件固定时，加大流 速将有利于气流和镜面之间的传质。 特别是在进行低霜点测量时，流速 应适当提高，以加快露层形成速度， 但是流速不能太大，否则会造成过 热问题。这对制冷功率比较小的热 电制冷露点仪尤为明显。流速太大 还会导致露点室压力降低而流速的 改变又将影响体系的热平衡。
第8章 气体和湿度传感器
孔高分子膜制成的防尘过滤膜；5-用丝网印刷法印制的Au梳状电极
有机高分子湿度传感器 1. 高分子电阻式湿度传感器 水吸附在有极性基的高分子膜上，在低湿 下，因吸附量少，不能产生荷电离子，所以 电阻值较高。 相对湿度增加时，吸附量也增加，集团化 的吸附水就成为导电通道，正负离子对起到 载流子作用，电阻值下降。 利用这种原理制成的传感器称为电阻式高 分子湿度传感器。
8.2
mV Ha V
2.相对湿度 相对湿度为待测气氛中水汽分压与相同温度下水 的饱和水汽压的比值的百分数。
pV Hr p 100 % RH W T
3.露点 在一定大气压下，将含水蒸气的空气冷却，当降 到某温度时，空气中的水蒸气达到饱和状态，开始从 气态变成液态而凝结成露珠，这种现象称为结露。 此时的温度称为露点或露点温度。 如果这一特定温度低于0οC，水汽将凝结成霜。
第8章 气体和湿度传感器
气体传感器 8.2 湿度传感器 8.3 气体和湿度传感器的应用 8.4 实训
8.1
8.1 气体传感器
8.1 气体传感器 气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出 来,并将它转换为电信号的器件,以便提供有关待测 气体的存在及浓度大小的信息。见表8-1。 气体传感器的性能必须满足下列条件： （1）能够检测并能及时给出报警、显示与控制信 号； （2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感； （3）性能稳定性、重复性好； （4）动态特性好、响应迅速； （5）使用、维护方便，价格便宜。
在工业中应用的气体传感器 在Fe和Cu等矿物冶炼过程中常使用氧传 感器。 在半导体工业中需用多种气体传感器。 在食品工业中也常用氧传感器。 4. 检测大气污染方面用的气体传感器 对于污染环境需要检测的气体有SO2、 H2S、NOX、CO、CO2等，因为需要定量测 量，宜选用电化学气体传感器。
传感器的十种类型
传感器的十种类型传感器是一种能够感知和检测环境中各种物理量并将其转化为可供人类理解的信号的装置。
它们被广泛应用于工业、医疗、军事、交通等领域，起到了至关重要的作用。
本文将介绍十种常见的传感器类型，并从人类的视角出发，以生动的语言描述它们的工作原理和应用场景。
1. 温度传感器温度传感器可以测量环境的温度并将其转化为电信号。
它们在各个领域都有广泛的应用，如气象预报、温控设备、医疗仪器等。
例如，在农业领域，温度传感器可以帮助农民监测土壤温度，以确定植物的生长状态。
2. 湿度传感器湿度传感器用于测量和监测环境的湿度。
它们常用于气象观测、农业、建筑等领域。
例如，湿度传感器可以帮助农民判断土壤的湿度，从而合理灌溉农作物。
3. 光传感器光传感器可以感知光线的强度和频率。
它们广泛应用于照明控制、光敏仪器等领域。
例如，在智能家居中，光传感器可以根据环境光线的强度自动调节灯光亮度。
4. 压力传感器压力传感器用于测量和监测物体的压力。
它们在工业、医疗、汽车等领域有着重要的应用。
例如，在汽车中，压力传感器可以监测轮胎的气压，提醒驾驶员及时充气。
5. 位移传感器位移传感器可以测量和监测物体的位移和位置变化。
它们常用于机械工程、自动化控制等领域。
例如，在工业生产线上，位移传感器可以帮助监测机器人的位置，确保精准的操作。
6. 加速度传感器加速度传感器可以测量物体的加速度和振动。
它们在运动控制、安全监测等领域得到广泛应用。
例如，在智能手机中，加速度传感器可以感知手机的倾斜和摇晃，实现屏幕自动旋转和晃动控制等功能。
7. 气体传感器气体传感器可以检测环境中的气体浓度和成分。
它们在环境监测、工业安全等领域发挥着重要作用。
例如，在室内空气质量监测中，气体传感器可以检测二氧化碳和有害气体的浓度，保障人们的健康。
8. 液位传感器液位传感器可以测量和监测液体的高度和容量。
它们广泛应用于化工、水处理、油田开发等领域。
例如，在储罐中，液位传感器可以实时监测液体的高度，避免溢出或过度放空。
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敏感；
（3）性能稳定性、重复性好；
（4）动态特性好、响应迅速； （5）使用、维护方便，价格便宜。
8.1.1
半导体气体传感器
利用半导体气敏元件同气体接触，造成 半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度。 半导体气体传感器大体可分为电阻式和 非电阻式两大类。见表8-2。 电阻式是用氧化锡、氧化锌等金属氧化 物材料制作。 非电阻式是一种半导体器件。
3.
图8-1 定位电解法一氧化碳气体浓度测试电路
产生的电子在工作电极上，产生的氢 离子在工作电极旁的电解液中。电子使工 作电极产生负电压，电子由外电路向辅助 电极（C）流动。 氢离子在电解液中向辅助电极流动， 接收辅助电极上的电子和电极旁的氧气， 发生还原反应： 2H＋＋O2／2＋2e－→H2O
2.
体电阻控制型气体传感器
体控制型电阻式气体传感器是利用体电 阻的变化来检测气体的半导体器件。 检测对象主要有：液化石油气，主要是 丙烷；煤气，主要是CO、H2；天然气，主 要是甲烷。
例如利用SnO2气敏器件可设计酒精探 测器，
当酒精气体被检测到时，气敏器件电 阻值降低，测量回路有信号输出，提供给 电表显示或指示灯发亮。
一旦器件与被测气体接触，
就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚 的电子释放出来， 使敏感膜表面电导率增大，器件电阻 减少。
目前常用的材料为氧化锡和氧化锌等较 难还原的氧化物，也有研究用有机半导体 材料的。
在这类传感器中一般均参有少量贵金属 （如Pt等）作为激活剂。
这类器件目前已商品化的有SnO2、ZnO 等气体传感器。
8.1.4
加伐尼电池式气体传感器 由隔离膜、铅电极（阳）、电解液、白 金电极（阴）组成一个加伐尼电池。 当被测气体通过聚四氟乙烯隔膜扩散到 达负极表面时，即可发生还原反应。 溶液中产生电流，流过外电路。 该电流数值和气体的速度成比例。
2.
定位电解法气体传感器 由工作电极、辅助电极及参比电极以及 聚四氟乙烯制成的透气隔离膜组成，在电极 间充以电解液。 图8-1所示为定位电解法气体传感器气体 浓度测试电路，图中NAP－505为日本生产 的小型、低功耗一氧化碳传感器。一氧化碳 通过透气膜进入电解液到达工作电极（W） 表面，工作电极表面发生氧化反应： CO＋H2O→CO2＋2H＋＋2e－
固体电解质式气体传感器 这类传感器内部不是依赖电子传导， 而是靠阴离子或阳离子进行传导。 因此，把利用这种传导性能好的材料 制成的传感器称为固体电解质传感器。
8.1.2
8.1.3
接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器是将白金等金属 线圈埋设在氧化催化剂中构成。 使用时对金属线圈通以电流，使之保持 在300~600οC的高温状态，同时将元件接 入电桥电路中的一个桥臂。
参比电极（R）表面同样发生氧化反应 ，产生的电子使参比电极产生负电压，该电 压由运算放大器IC2组成的积分电路积分， 积分输出电压加在工作电极和辅助电极之间 ，以保持工作电极电压稳定，不随电子流出 而下降。 工作电极流出的电流（电子）与一氧化 碳浓度成比例。电流在10Ω电阻上产生电压 ，由运算放大器IC1放大输出，可知一氧化 碳浓度。
气敏器件工作时要提供加热电源。
3.
非电阻型气体传感器
二极管气体传感器是利用一些气体被 金属与半导体的界面吸收， 对半导体禁带宽度或金属的功函数的 影响，而使二极管整流特性发生性质变化 而制成。
场效应管FET型气体传感器是根据栅压 域值的变化来检测未知气体。 电容型气体传感器是根据CaO— BaTiO3等复合氧化物随CO2浓度变化、其 静电容量有很大变化而制成。
分类
焦炉煤气、发生炉煤气、 家庭用 天然气 煤矿 冶金、试验室 甲烷 氢气
有毒气体
一氧化碳（不完全燃烧的煤气） 硫化氢、含硫的有机化合物 卤素，卤化物，氨气等 氧气（缺氧） 水蒸气（调节湿度，防止结露） 大气污染（SOx,NOx,CL2等） 燃烧过程气体控制，调节燃/空比 一氧化碳（防止不完全燃烧） 水蒸气（食品加工）
烟雾，司机呼出酒精
煤气灶等 石油工业、制药 厂 冶炼厂、化肥厂 地下工程、家庭 电子设备、汽车 、温室 工业区 内燃机，锅炉 内燃机、冶炼厂 电子灶
火灾预报，事故 预报
环境气体
工业气体
其它灾害
气体传感器的性能必须满足下列条件： 控制信号；
（1）能够检测并能及时给出报警、显示与
（2）对被测气体以外的共存气体或物质不
表8-2 半导体气体传感器的分类
主要的物理 特性 传感器举例 工作温度 代表性被测气体
表面控制型 氧化锡、氧化锌 电阻 式 LaI-xSrxCoO3，FeO氧 化钛、 氧化钴、氧化镁、氧化 锡 氧化银
室温～450οC 可燃性气体
体控制型
300～450οC 700οC以上
室温 室温～200οC 150οC
酒精、可燃性气 体、氧气
乙醇 氢气、一氧化碳、 酒精 氢气、硫化氢
表面电位
非电 二极管整流 铂/硫化镉、铂/氧化钛 阻式 特性 晶体管特性 铂栅MOS场效应管
1.
表面控制型气体传感器
平常器件工作在空气中，
空气中的O2和NO2，接受来自N型半导 体材料敏感膜的电子吸附。 表现为N型半导体材料敏感膜的表面传 导电子数减少，表面电导率减小，器件处 于高阻状态。
第8章 气体和湿度传感器
8.1 8.2 8.3 8.4 气体传感器 湿度传感器 气体和湿度传感器的应用 实训
8.1 气体传感器
气体传感器是一种把气体中的特定成分 检测出来,并将它转换为电信号的器件。
提供有关待测气体的存在及浓度大小的 信息。 主要检测对象和应用场所见表8-1。
表8-1 气敏传感器主要检测对象及其应用场所
一旦有可燃性气体与传感器表面接触， 燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件 阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。 其输出的不平衡电流或电压可测得可燃 性气体的浓度。
电化学式气体传感器 1. 离子电极型气体传感器 由电解液、固定参照电极和pH电极组成。 通过透气膜使被测气体和外界达到平衡。 以被测气体为CO2为例，在电解液中达 到如下化学平衡： CO2+H2O=H++HCO3― 根据pH值就能知道CO2 的浓度。