半导体敏感元件(气敏)
MQ-7
MQ-7 一氧化碳气体检测用半导体气敏元件MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO 2)。
采用高低温循环检测方式低温（1.5V 加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V 加热）清洗低温时吸附的杂散气体。
使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
特点 元件外形结构 *对一氧化碳气体有良好的灵敏度 *长寿命、低成本 *简单的驱动电路即可应用*家庭用气体泄漏报警器 *工业用一氧化碳气体报警器 *便携式气体检测器技术指标基本测试回路上图是传感器的基本测试电路。
该传感器需要施加2个电 压：加热器电压（V H ）和测试电压（V C ）。
其中 V H 用于为传 感器提供特定的工作温度。
V C 则是用于测定与传感器串联 的负载电阻（R L ）上的电压（V RL ）。
这种传感器具有轻微的 极性， V C 需用直流电源。
在满足传感器电性能要求的前提 下，V C 和V H 可以共用同一个电源电路。
为更好利用传感器的 性能，需要选择恰当的RL 值。
敏感体功耗（Ps ）值可用计算下式：Ps=Vc 2×Rs/(Rs+R L )2产品型号 MQ-7产品类型 半导体气敏元件标准封装 塑封检测气体 一氧化碳检测浓度 10-1000ppmCO 标准电路条件回路电压 V c ≤10V DC加热电压 V H 5.0V±0.2V ACorDC （高） 1.5V ±0.1V ACorDC （低）加热时间 T L 60±1S （高）90±1S （低）负载电阻R L 可调标准测试条件下元件特性 加热电阻 R H 31Ω±3Ω（室温）加热功耗 P H ≤350mW敏感体表面电阻 R s 2K Ω-20K Ω(in100ppmCO) 灵敏度 S Rs(in air)/Rs(100ppmCO)≥5浓度斜率α≤0.6(R 300ppm /R 100ppm CO) 标准测试条件温度、湿度 20℃±2℃；65%±5%RH 标准测试电路 Vc:5.0V±0.1V ； V H （高）: 5.0V±0.1V ； V H（低）: 1.5V±0.1V 预热时间不少于48小时VcV HGNDR LV RL传感器电阻（Rs），可用下式计算： Rs=(Vc/V RL-1)×R LSO9001认证企业灵敏度特性 温/湿度的影响图1是传感器典型的灵敏度特性曲线。
6.1气敏传感器基本原理及测量电路.pptx
其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁 作用）。
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8. 气体检测使用注意事项
2）温度补偿 半导体气敏电阻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，电
测量转换电路
据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了
测量误差。
汽车尾气分析
二氧化钛氧浓度传感器可 用于汽车或燃烧炉排放气 体中的氧浓度测量。
观察右图看说明非线性特性对 浓度超限报警是否有利？
气敏半导体的灵敏度特性曲线
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8. 气体检测使用注意事项
1）气敏电阻使用时一定要加热 一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供低电压加热。加热温度对气敏电
阻值较大；温度和湿度较高时，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。
如前所述，TiO2氧浓度传感器的测量转换电路中，与TiO2气敏电阻串联的热敏电 阻Rt 起温度补偿作用。
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8. 气体检测使用注意事项
• 温度补偿中实用的热敏电阻工作原理 • 半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。 • 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测
气敏传感器类型：
半导体气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器 电化学气敏传感器
2.气敏传感器外形
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半导体气敏传感器应用最多。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 利昂的检测、呼气中乙醇的检测、 人体口腔口臭的检测等等。
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气敏和湿敏传感器21页PPT文档
（1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)
由芯片(敏感体和加热器)，基座 和金属防爆网罩三部分组成。因 其热容量小、稳定性差，测量电 路与加热电路间易相互干扰，加 热器与SnO2基体间由于热膨胀系 数的差异而导致接触不良，造成 元件的失效，现已很少使用。
加热极兼电极
SnO2烧结体
3
41
3
1
2
自动检测技术
第三章新型传感器
第一节 气敏传感器 • 气敏传感器的定义：
–是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏 感器件，它将气体种类及其浓度有关的信息转换 成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待 测气体在环境中存在情况有关的信息。
气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电 解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合式 气敏传感器，其中使用最多是半导体气敏传感器。
自动检测技术
一 、半导体式气敏传感器的结构及工作原理
• 半导体式气敏传感器：
–利用半导体气敏元件同气体接触，造成半 导体性质发生变化的原理来检测特定气体的 成分或者浓度
• 半导体式气敏传感器可分为：
–电阻式 –非电阻式
1、分类
半导体式气敏传感器
电阻式
自动检测技术
烧结型 薄膜型
厚膜型
非电阻式
二极管气敏传感器 MOS二极管气敏传感器
一、湿度的定义及其表示方法
湿度，是指大气中水蒸气的含量。通常有如下几种表示法：
绝对湿度（AH）： 绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸
气的质量，其数学表达式为
Ha
mV V
相对湿度（%RH）：相对湿度是指待测空气中实际所含的
水蒸气分压与相同温度下饱和水蒸气压比值的百分数。其
电阻式半导体气敏传感器的基本性能分析
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-typesemiconductor gas sensorAbstractAccording 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。
简述气敏元件的工作原理
简述气敏元件的工作原理
气敏元件的敏感材料主要分为两种：一种是金属氧化物敏感材料，如二氧化锡、氧化锌、氧化铝等；另一种是半导体敏感材料，如锗、硅等。
这些敏感材料的电阻值会随着气体浓度的变化而发生变化，因此可以通过测量电阻值的变化来检测气体浓度。
气敏元件的工作原理可以分为两种：一种是基于化学反应的工作原理，另一种是基于物理吸附的工作原理。
基于化学反应的气敏元件的工作原理是：敏感材料与气体发生化学反应，导致电阻值的变化。
例如，当二氧化锡敏感材料与一氧化碳气体发生反应时，会产生一种新的化合物，导致敏感材料的电阻值发生变化。
这种变化可以通过测量电阻值来检测气体浓度。
基于物理吸附的气敏元件的工作原理是：敏感材料表面会吸附气体分子，导致电阻值的变化。
例如，当氧化锌敏感材料表面吸附氧气分子时，会导致电阻值的降低。
这种变化可以通过测量电阻值来检测气体浓度。
气敏元件的电极是将敏感材料与电路连接的部分，它通常由金属材料制成，如银、铜等。
电极的作用是提供电流和测量电阻值。
气敏元件的封装是将气敏元件包裹在外壳中，以保护敏感材料和电路不受外界环境的影响。
封装通常使用塑料材料，如聚酰亚胺、聚苯乙烯等。
总的来说，气敏元件的工作原理是利用敏感材料在不同气体浓度下电阻值的变化来检测气体浓度。
它是一种重要的传感器，广泛应用
于工业、医疗、环保等领域。
传感器原理3.2气敏传感器
一、接触燃烧式气敏传感器 可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧 化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料 的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般情况下，空气中可 燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全 燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。
空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应
热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增 加的就越多。因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化 值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单
纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用 的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样
化锌）、Fe2O3（氧化铁）、MgO（氧化镁）、NiO（氧化 镍）、BaTiO3（钛酸钡）等都具有气敏效应。
烧结型SnO2气敏元件 SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型 应用最广泛性。 其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材 料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用 于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式， 分为直接加热式和旁热式两种。 （1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件) 由芯片(敏感体和加热器)，基 加热极兼电极 座和金属防爆网罩三部分组成。 SnO2烧结体 3 因其热容量小、稳定性差，测量 3 4 1 电路与加热电路间易相互干扰， 4 2 1 加热器与SnO2基体间由于热膨胀 2 系数的差异而导致接触不良，造 成元件的失效，现已很少使用。 (a)结构 (b)符号 内热式气敏器件结构及符号
5.1气敏传感器
第五章其它类型传感器5.1 气敏传感器一、简介气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制，用来检测气体类别、浓度和成分。
它将气体种类及其浓度等相关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与气体有关的信息。
气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。
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，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。
因此，对气敏元件有下列要求：需要对被测气体具有较高的灵敏度，对被测气体以外的共存气体或物质不敏感，其特点是性能稳定，重复性好 ,动态特性好，对检测信号响应迅速，使用寿命长，制造成本低，使用与维护方便等。
二、半导体气敏传感器的工作原理气体种类繁多, 性质各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，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电阻型半导体气。
气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。
半导体气敏材料吸附气体的能力很强。
当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在表面物性自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处。
下面以电阻型半导体气敏材料为例说明气敏传感器的工作原理，SnO2N型半导体，当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力时，吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。
氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电子接收性气体。
当氧化型气体吸附到N型半导体（SnO2, ZnO)上，还原型气体吸附到P 型半导体(CrO3)上时，将使半导体载流子减少，而使电阻值增大。
气敏、湿敏传感器
一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。
气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体。
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，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。
【举例】各种可燃性气体传感器如，酒精传感器、煤气报警器、液化气报警器、一氧化碳传感器、甲烷传感器等。
2．二氧化钛氧浓度传感器半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N型半导体，对氧气十分敏感。
其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。
当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。
TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路介绍【举例】氧浓度传感器可用于汽车尾气测量气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。
二、湿敏电阻传感器湿度包括：绝对湿度和相对湿度，湿度对电子元件的影响很大。
检测湿度的手段很多，如毛发湿度计、干湿球湿度计、石英振动式湿度计、微波湿度计、电容湿度计、电阻湿度计等，本节介绍陶瓷湿敏电阻式湿度传感器。
图2－19是陶瓷湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换电路框图，它主要用于测量空气的相对湿度。
新型传感器包括气敏传感器、湿敏传感器、微传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、集成化智能传感器等。
本章分别介绍了这些新型传感器概念、工作原理、性能参数、应用领域等相关问题。
第10章气敏、湿敏传感器本章主要内容10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义2. 结构：半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。
3. 分类：按其制造工艺，分为烧结型、薄膜型和厚膜型；按加热方式不同，可分为直热式和旁热式两种气敏器件。
二. 半导体气敏材料的气敏机理三. SnO2 系列气敏器件1. 主要特性2. 检测电路四. 气敏传感器的应用1 简易家用气体报警2 有害气体鉴别、报警与控制电路3 防止酒后开车控制器10.2 湿敏传感器一．半导体陶瓷湿敏电阻1. 负特性湿敏半导瓷的导电原理2 正特性湿敏半导瓷的导电原理二. 典型半导瓷湿敏元件三. 湿敏传感器的应用1 湿度检测器2 高湿度显示器本章教学要求及重点、难点一．教学要求1.了解气敏、湿敏电阻传感器的结构2. 掌握气敏、湿敏电阻传感器的工作原理及应用二. 重点、难点重点：气敏、湿敏电阻传感器的原理及应用难点：气敏、湿敏电阻传感器的原理10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。