氣敏傳感器的工作原理和應(yīng)用簡介.ppt

,氣敏傳感器,組員：章凱凱 孫赟 陳玉寶,氣 敏 傳 感 器,用半導(dǎo)體氣敏元件組成的氣敏傳感器主要用于工業(yè)上天然氣、煤氣、石油化工等部門的易燃、易爆、有毒、有害氣體的監(jiān)測、預(yù)報和自動控制, 氣敏元件是以化學(xué)物質(zhì)的成分為檢測參數(shù)的化學(xué)敏感元件。,氣敏電阻的工作原理,氣敏電阻的材料是金屬氧化物, 在合成材料時, 通過化學(xué)計量比的偏離和雜質(zhì)缺陷制成, 金屬氧化物半導(dǎo)體分N型半導(dǎo)體, 如氧化錫、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢等,P型半導(dǎo)體, 如氧化鈷、 氧化鉛、氧化銅、氧化鎳等。為了提高某種氣敏元件對某些氣體成分的選擇性和靈敏度, 合成材料有時還滲入了催化劑, 如鉑（Pt）、銀（Ag）等。,通常器件工作在空氣中, 空氣中的氧和NO2 這樣的電子兼容性大的氣體, 接受來自半導(dǎo)體材料的電子而吸附負電荷, 結(jié)果使N型半導(dǎo)體材料的表面空間電荷層區(qū)域的傳導(dǎo)電子減少, 使表面電導(dǎo)減小, 從而使器件處于高阻狀態(tài)。一旦元件與被測還原性氣體接觸, 就會與吸附的氧起反應(yīng), 將被氧束縛的電子釋放出來, 敏感膜表面電導(dǎo)增加, 使元件電阻減小。,氣敏電阻的工作原理,例如, 用氧化錫制成的氣敏元件, 在常溫下吸附某種氣體后, 其電導(dǎo)率變化不大, 若保持這種氣體濃度不變, 該器件的電導(dǎo)率隨器件本身溫度的升高而增加, 尤其在100300范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大。顯然, 半導(dǎo)體電導(dǎo)率的增加是由于多數(shù)載流子濃度增加的結(jié)果。,圖示,氣敏元件的基本測量電路, 如圖9 - 1（a）所示, 圖中EH為加熱電源, EC為測量電源, 電阻中氣敏電阻值的變化引起電路中電流的變化, 輸出電壓（信號電壓）由電阻Ro上取出。 特別在低濃度下靈敏度高, 而高濃度下趨于穩(wěn)定值。 因此, 常用來檢查可燃性氣體泄漏并報警等。,圖示,由上述分析可以看出, 氣敏元件工作時需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多。因此, 氣敏元件結(jié)構(gòu)上, 有電阻絲加熱, 結(jié)構(gòu)如圖9 - 2所示, 1和2是加熱電極, 3和4是氣敏電阻的一對電極。,氣敏傳感器的應(yīng)用,氣敏電阻元件種類很多, 按制造工藝上分燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。,燒結(jié)型,燒結(jié)型氣敏元件將元件的電極和加熱器均埋在金屬氧化物氣敏材料中, 經(jīng)加熱成型后低溫?zé)Y(jié)而成。 目前最常用的是氧化錫（SnO2）燒結(jié)型氣敏元件, 它的加熱溫度較低, 一般在200300, SnO2氣敏半導(dǎo)體對許多可燃性氣體, 如氫、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都有較高的靈敏度。,氧化鋅（ZnO）薄膜型氣敏元件以石英玻璃或陶瓷作為絕緣基片, 通過真空鍍膜在基片上蒸鍍鋅金屬, 用鉑或鈀膜作引出電極, 最后將基片上的鋅氧化。氧化鋅敏感材料是N型半導(dǎo)體, 當(dāng)添加鉑作催化劑時, 對丁烷、丙烷、乙烷等烷烴氣體有較高的靈敏度, 而對H2、CO2等氣體靈敏度很低。若用鈀作催化劑時, 對H2 、CO有較高的靈敏度, 而對烷烴類氣體靈敏度低。因此,這種元件有良好的選擇性, 工作溫度在400500的較高溫度。,薄膜型,厚膜型,厚膜型氣敏元件將氣敏材料（如SnO2、ZnO）與一定比例的硅凝膠混制成能印刷的厚膜膠。把厚膜膠用絲網(wǎng)印刷到事先安裝有鉑電極的氧化鋁（Al2O3）基片上,在400800的溫度下燒結(jié)12小時便制成厚膜型氣敏元件。用厚膜工藝制成的器件一致性較好, 機械強度高, 適于批量生產(chǎn)。,小結(jié),以上三種氣敏器件都附有加熱器, 在