氣敏濕敏傳感器及其應(yīng)用

《氣敏濕敏傳感器及其應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第11章氣體傳感器及其應(yīng)用11.1熱導(dǎo)式氣體傳感器11.2接觸燃燒式氣敏傳感器11.3半導(dǎo)體氣體傳感器11.4紅外氣敏傳感器11.5光纖氣敏傳感器11.6氣敏傳感器應(yīng)用實例氣體傳感器：氣體傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來,并將它轉(zhuǎn)換為電信號的器件,以便提供有關(guān)待測氣體的存在及濃度大小的信息。氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)，探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理等。是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，檢測特定氣體成分或測量其濃度的傳感器總稱。離子感煙器工作原理：探測器上有一只發(fā)光二極管

2、和為探測器現(xiàn)場的顯示。如果探測器通電，處于正常監(jiān)視狀態(tài)，LED會每10秒閃亮一次。在報警狀態(tài)，LED將鎖定恒亮直至探測器復(fù)位。每一探測器內(nèi)含一對常開觸點（A型）用于聯(lián)接到報警控制電路還一組常開/常閉輔助觸點（C點）。對探測器電源的監(jiān)視是通過在探測器電源回路末端安裝一電源監(jiān)視終端斷電器來完成。當(dāng)電流加向并流過探測器時，終端電源監(jiān)視模塊被上電，其斷電器觸點閉合使控制器的報警回路形成閉合的串聯(lián)電路。一旦斷電或探測器回路斷開，終端模塊將失電，斷電器觸點脫開并向控制器觸發(fā)故障信號。氣敏傳感器主要檢測對象及其應(yīng)用場所分類檢測對象氣體應(yīng)用場合易燃易爆氣體液化石油氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)

3、生爐煤氣、天然氣甲烷氫氣家庭用煤礦冶金、試驗室有毒氣體一氧化碳（不完全燃燒的煤氣）硫化氫、含硫的有機(jī)化合物鹵素，鹵化物，氨氣等煤氣灶等石油工業(yè)、制藥廠冶煉廠、化肥廠環(huán)境氣體氧氣（缺氧）水蒸氣（調(diào)節(jié)濕度，防止結(jié)露）大氣污染（SOx,NOx,CL2等）地下工程、家庭電子設(shè)備、汽車、溫室工業(yè)區(qū)工業(yè)氣體燃燒過程氣體控制，調(diào)節(jié)燃/空比一氧化碳（防止不完全燃燒）水蒸氣（食品加工）內(nèi)燃機(jī)，鍋爐內(nèi)燃機(jī)、冶煉廠電子灶其它災(zāi)害煙霧，司機(jī)呼出酒精火災(zāi)預(yù)報，事故預(yù)報氣體傳感器的性能必須滿足下列條件：（1）能夠檢測并能及時給出報警、顯示與控制信號；（2）對被測氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感

4、；（3）性能穩(wěn)定性、重復(fù)性好；（4）動態(tài)特性好、響應(yīng)迅速；（5）使用、維護(hù)方便，價格便宜。離子感煙器11.2接觸燃燒式氣體傳感器1、檢測原理可燃性氣體(H2、CO、CH4等)與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)熱(無焰接觸燃燒熱)，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，電阻值相應(yīng)增大。一般，空氣中可燃性氣體的濃度都不太高(低于10％)，可燃性氣體可以完全燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度有關(guān)?？扇夹詺怏w濃度愈大，氧化反應(yīng)(燃燒)產(chǎn)生的熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)愈大，其電阻值增加的就越多。因此，只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值，就可檢測空氣中可燃性氣

5、體的濃度。但是，使用單純的鉑絲線圈作為檢測元件，壽命較短，實際應(yīng)用的檢測元件，都是在鉑絲圈外面涂覆一層氧化物觸媒。這樣既可以延長其使用壽命，又可以提高檢測元件的響應(yīng)特性。接觸燃燒式氣體敏感元件的橋式電路如圖。F1是檢測元件；F2是補(bǔ)償元件，作用是補(bǔ)償可燃性氣體接觸燃燒以外的環(huán)境溫度、電源電壓變化等因素所引起的偏差。工作時，要求在F1和F2上保持100～200mA的電流通過，供可燃性氣體在檢測元件F1上發(fā)生氧化反應(yīng)(接觸燃燒)所需的熱量。當(dāng)檢測元件F1與可燃性氣體接觸時，由于劇烈的氧化作用(燃燒)，釋放出熱量，使得檢測元件的溫度上升，電阻值相應(yīng)增大，橋式電路不再平衡

6、，在A、B間產(chǎn)生電位差E。AF2F1MR1R2CBDW2W1E011.3半導(dǎo)體氣體傳感器利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)發(fā)生變化，以此檢測特定氣體的成分及濃度。表11.2半導(dǎo)體氣敏器件的分類從表中看出,目前研究和使用的半導(dǎo)體氣敏器件大體上可分為電阻式和非電阻式兩大類。電阻式又可分成表面電阻控制型和體電阻控制型。非電阻式又可分為利用表面電位的、二極管整流特性的和晶體管特性的三種。一、半導(dǎo)體電阻型氣敏器件電阻型半導(dǎo)體氣敏元件的敏感部分是金屬氧化物半導(dǎo)體微結(jié)晶粒子燒結(jié)體，是由金屬氧化物為基體材料，添加不同物質(zhì)在高溫下燒結(jié)而成的，在燒結(jié)體的內(nèi)部還裝有測定電阻的

7、電極。由于半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì),氣體在半導(dǎo)體材料顆粒表面的吸附可導(dǎo)致材料載流子濃度發(fā)生相應(yīng)的變化,從而改變半導(dǎo)體元件的電導(dǎo)率。由氧化物半導(dǎo)體粉末制成的氣敏元件,具有很好的疏松性,有利于氣體的吸附,因此其響應(yīng)速度和靈敏度都較好。1．表面電阻控制型氣敏器件它是利用半導(dǎo)體表面因吸附氣體引起半導(dǎo)體元件電阻值變化特性制成的一類傳感器。多數(shù)是以可燃性氣體為檢測對象,但如果吸附能力很強(qiáng),即使是非可燃性氣體也能作為檢測對象。這種類型的傳感器,具有氣體檢測靈敏度高、響應(yīng)速度比一般傳感器快、實用價值大等優(yōu)點。表面電阻控制型半導(dǎo)體氣敏器件主要是靠表面電導(dǎo)率變化的信息來檢驗被接觸氣體分子

8、。因此,要