气敏、湿敏电阻传感器的应用(课堂PPT)
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气敏传感器能够检测气体的种类及主要检测场所
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广东机电职业技术学院------传感器及应用
家庭用煤气报警器
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广东机电职业技术学院------传感器及应用
RK-2000P可燃气体报警器采用高档CPU及高精度A/D转换器设计 而成，可同时挂接多只探测器，当被检测气体浓度超过报警设定值 时，仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动，从而阻止或 降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。
图中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值的变
化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro
上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。
因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。
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MQN型气敏电阻结构及测量电路
1－引脚 2－塑料底座 3－烧结体 4－不锈钢网罩 5－加热电极 6－工作电极 7－加热回路电源 8－测量回路电源
氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 如下图（b）所示。
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图所示, 1和2是加热电极, 3和4是气敏电阻的一对电 极。
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气敏元件的基本测量电路,
补偿。 （3） 初期恢复特性及初期稳定特性： 经短期存放再通
电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称 为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。 存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7～15天后的初期 恢复时间一般约在2～5 min之内。
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直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 功耗 小； 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 信号电路和加热电 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。
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（2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效
➢ 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或 Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体 器件。
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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NO2 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, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 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。
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（1） 气敏特性：遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时， 材料表面层电阻率增大。在检测前，材料表面已经吸着氧， 所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有 高 温 稳 定 性 的 半 导 体 材 料 只 有 金 属 氧 化 物 ， 常 见 的 是 SnO2 和 ZnO。
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一、气敏电阻传感器
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。 气敏电阻工作原理：
气体的成分、浓度等参数变化 ↓
广广东东机机电电职职业 业技技术术学学院院------------传传感感器器及及应应用用
项目九：气敏、湿敏电阻传感器的应用
➢功用：检测环境气体成分及浓度、检测环境湿 度，并对其进行控制和显示的重要器件。
➢应用领域：在环境保护、家用电器、消防、农 业生产和安全生产等方面。
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酒 精 传 感 器
NH3 传 感 器
甲烷传感器
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其他还原性气体传感器
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呼气管
手持数字酒精测试仪
电阻发生变化 ↓
转换为电流、电压信号
主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。 5
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气敏电阻工作原理动画演示
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1．还原性气体传感器
➢ 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子， 化学价升高的气体。
➢ 还原性气体多数属于可燃性气体等.氢气、一氧化 碳，硫化氢 ,甲烷，一氧化硫 。
（4）
烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 氢气、 酒精、 硫化氢等。
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例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。
当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高 出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值， 这一特性 称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有 关，直热式较长，傍热式较短。
为缩短初期恢复时间和初期稳定时间， 在开始使用时， 要进行一段时间的高温处理， 同时在构成控制电路时应加延 时电路。若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块 硅片上， 则构成集成气敏传感器。
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家庭用煤气报警器
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RK-2000P可燃气体报警器采用高档CPU及高精度A/D转换器设计 而成，可同时挂接多只探测器，当被检测气体浓度超过报警设定值 时，仪器发出声光二级报警信号，同时启动外部联动，从而阻止或 降低现场的危险程度，达到排除险情的目的。
图中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值的变
化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压）由电阻Ro
上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓度下趋于稳定值。
因此, 常用来检查可燃性气体泄漏并报警等。
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MQN型气敏电阻结构及测量电路
1－引脚 2－塑料底座 3－烧结体 4－不锈钢网罩 5－加热电极 6－工作电极 7－加热回路电源 8－测量回路电源
氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系 如下图（b）所示。
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图所示, 1和2是加热电极, 3和4是气敏电阻的一对电 极。
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气敏元件的基本测量电路,
补偿。 （3） 初期恢复特性及初期稳定特性： 经短期存放再通
电时，传感器电阻值有短暂的急剧变化（减小），这一特性称 为初期恢复特性，它与元件种类、存放时间及存放环境有关。 存放时间愈长，初期恢复时间亦愈长，存放7～15天后的初期 恢复时间一般约在2～5 min之内。
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直热式的加热丝兼作电极。 其结构简单、 成本低、 功耗 小； 但热容量小， 易受环境气流影响； 因加热丝热胀冷缩， 易使之与材料接触不良； 在测量电路中， 信号电路和加热电 路相互干扰。间接式加热丝和电极分立，有好的稳定性。
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（2） 温湿度特性： SnO2传感器的阻值随温度、 湿度上 升而有规律地减小。 因此除尽量保持恒温、 恒湿外， 其有效
➢ 测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或 Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活 剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体 器件。
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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NO2 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, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 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。
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（1） 气敏特性：遇H2、CO、碳氢化合物等(还原性即可 燃性)气体， 材料表面层电阻率减小；遇O2等氧化性气体时， 材料表面层电阻率增大。在检测前，材料表面已经吸着氧， 所以对可燃性气体更敏感。最佳工作温度一般多在200～500℃ 范围内。为使传感器能在这样高的温度范围内稳定工作，具有 高 温 稳 定 性 的 半 导 体 材 料 只 有 金 属 氧 化 物 ， 常 见 的 是 SnO2 和 ZnO。
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一、气敏电阻传感器
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。 气敏电阻工作原理：
气体的成分、浓度等参数变化 ↓
广广东东机机电电职职业 业技技术术学学院院------------传传感感器器及及应应用用
项目九：气敏、湿敏电阻传感器的应用
➢功用：检测环境气体成分及浓度、检测环境湿 度，并对其进行控制和显示的重要器件。
➢应用领域：在环境保护、家用电器、消防、农 业生产和安全生产等方面。
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酒 精 传 感 器
NH3 传 感 器
甲烷传感器
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其他还原性气体传感器
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呼气管
手持数字酒精测试仪
电阻发生变化 ↓
转换为电流、电压信号
主要可分为：测量还原性气体和测量氧气浓度的两大类。 5
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气敏电阻工作原理动画演示
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1．还原性气体传感器
➢ 所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子， 化学价升高的气体。
➢ 还原性气体多数属于可燃性气体等.氢气、一氧化 碳，硫化氢 ,甲烷，一氧化硫 。
（4）
烧结型气体传感器主要用来检测甲烷、丙烷、一氧化碳、 氢气、 酒精、 硫化氢等。
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例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。
当长期存放后再通电时，在一段时间内传感器阻值一般高 出正常值20%左右，而以后慢慢恢复至正常稳定值， 这一特性 称作初期稳定特性。初期稳定时间与传感器种类及工作温度有 关，直热式较长，傍热式较短。
为缩短初期恢复时间和初期稳定时间， 在开始使用时， 要进行一段时间的高温处理， 同时在构成控制电路时应加延 时电路。若将气体敏感膜、加热器和温度测量探头集成在一块 硅片上， 则构成集成气敏传感器。