3章1气敏传感器解析

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一氧化碳传感器
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其他气体传感器 甲烷传感器
NH3传感器
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二、二氧化钛氧浓度传感器图3-26
TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路
a）结构
b）测量转换电路
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。
气敏电阻工作时必须加热到200300℃，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）。
a）气敏烧结体 b）气敏电阻外形 c）基本测量转换电路
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
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当环境的相对湿度增大时，物体表面就 会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅 降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短 路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引 起有机材料的霉烂。
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露点
降低温度 会产生结露现 象。露点与农 作物的生长有 很大关系，结 露也严重影响 电子仪器的正 常工作，必须 予以注意。
第三章 3.1 气敏电阻传感器
使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可 以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量， 再转换为电流、电压信号。
气敏电阻品种繁多，主要有可测量还原性气体和 测量氧气浓度的两大类。
一、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。 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。
湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解
质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体
内部，引起半导体的电阻值降低，因此可以利
用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏
电阻。
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湿度传感器的分类
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水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害
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湿度对电子元件的影响
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二、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。 图3-26是用于汽车或燃烧炉排放气体中的氧浓度
传感器结构图及测量转换电路。二氧化钛气敏电阻 与补偿热敏电阻同处于陶瓷绝缘体的末端。当氧气 含量减小时，RTiO2的阻值减小，Uo增大。
图2-24 MQN型气敏电阻结构及测量电路
功能：可用 于可燃性气 体的检测、 检漏
适用范围： 可燃性气体和可燃 性液体蒸汽（天然 气、液化石油气、 煤气、一氧化碳、 烷烃、烯烃、醇类、 汽油、煤气）及烟 雾。
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MQN 型 气 敏 半 导 体 器 件 是 由 塑 料 底 座 、 电 极 引 线、不锈钢网罩、气敏烧结体以及包裹在烧结体中的 两组铂丝组成。一组铂丝为工作电极，另一组（下图 中的左边铂丝）为加热电极兼工作电极。
3.3 气敏电阻
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。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。
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气敏电阻外形
其他可燃性 气体传感器
酒精传感器
酒精测试仪
呼气管
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酒精传感器的选择性
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气敏半导体的灵敏度特性曲线
观察右图， 看一下能否说明 非线性特性对浓 度超限报警是否 有利？
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家庭用煤气报警器
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家庭用液化气 报警器
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测量露点的仪器
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露点传感器外形
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电子湿度计模块
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封装后 的外形
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电子式温湿度计
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机械式、电子式温湿度计对比
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陶瓷湿度传感器特性曲线
在右图所 示的陶瓷湿度 传感器特性曲 线中，纵坐标 的标度有何特 点？
其电阻率 变化约有多少 个数量级？
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电子相对湿度仪表的标定仪器 干球
湿球
干湿球湿度计外形及原理
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用干湿球湿度计测量相对湿度
风
玻璃酒精 温度计
棉球 水槽
上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉 球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸 发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低 于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相对 湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现在 还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。
1－外壳（接地）2－安装螺栓 3－搭铁线 4－保护管
5—补偿电阻 6－陶瓷片 7－TiO2氧敏电阻 8－进气口
9－引脚 2020/11/16
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氧浓度传感器外形
可用于汽车 尾气测量
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汽车尾气分析
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有毒气体传感器的使用
伊拉克战争中美国士兵就配备了一个可探测有毒 气体的传感器(工作时间仅为20多秒)
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甲醛传感器CH2O/S-10: 测量范围 : 0- 10 ppm(百万分之一 ) 最大负荷 : 50ppm 工作寿命 : 空气中3年
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3.2Hale Waihona Puke Baidu湿敏电阻传感器
绝对湿度：是指大气中水汽的密度，即每 一立方米大气中所含水汽的质量(克数)。
相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温 度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用 来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%时， 称饱和状态。
在图b中，与TiO2气敏电阻串联的热敏电阻Rt 起温 度补偿作用。当环境温度升高时，TiO2气敏电阻的 阻值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根 据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。
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图3-26 TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路
a）结构 b）测量转换电路