传感器与检测技术 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 宋雪臣 单振清 郭永欣 第5章 环境量传感器及应用.pdfVIP

第5章环境量传感器及应用 知识目标 通过本课题的学习，掌握气敏、湿敏传感器基本 工作原理，了解它们的组成，熟悉它们的测量、 应用电路。 技能目标 通过本课题的学习，掌握气敏、湿敏传感器主要 特性，能安装、调试和维护由气敏、湿敏传感器 构成的检测系统，并具备一定的设计能力。 5.1 气敏电阻传感器 5.1.1气敏传感器的材料及工作原理 所谓气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体 接触，造成半导体性质变化，借此来检测待定气 体的成分或者浓度的传感器的总称。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。 半导体气体传感器的分类 5.1.2气敏元件的基本测量 电路 图5-1气敏元件的基本测量电路 图5-2 气敏元件输出电压与温度的关系 5.1.3气敏电阻元件的种类 1.烧结型气敏元件 2.薄膜型气敏元件 采用真空镀膜或溅射方法，在石英或陶瓷基片上 制成金属氧化物薄膜(厚度0.1 μm以下)，构成 薄膜型气敏元件。 氧化锌(ZnO2)薄膜型气敏元件以石英玻璃或陶 瓷作为绝缘基片，通过真空镀膜在基片上蒸镀锌 金属，用铂或钯膜作引出电极，最后将基片上的 锌氧化。氧化锌敏感材料是N型半导体，当添加 铂作催化剂时，对丁烷、丙烷、乙烷等烷烃气体 有较高的灵敏度，而对H2、CO等气体灵敏度很 低。若用钯作催化剂时，对H2、CO有较高的灵 敏度，而对烷烃类气体灵敏度低。因此，这种元 件有良好的选择性，工作温度在400~500℃的 较高温度。 3.厚膜型气敏元件 将气敏材料(如SnO2、ZnO)与一定比例的硅凝 胶混制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印刷 到事先安装有铂电极的氧化铝(A12O3 )基片上， 在400~800℃的温度下烧结1～2小时便制成厚 膜型气敏元件。用厚膜工艺制成的器件一致性较 好，机械强度高，适于批量生产。 5.1.4气敏传感器的应用 1.矿灯瓦斯报警器 2.简易酒精测试器 3. 自动空气净化换气扇 5.2 湿敏电阻传感器 5.2.1 湿度的概念和表示方法 湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿度和相对 湿度两种表示方法。绝对湿度是指单位空间中所含水蒸汽 的绝对含量或者浓度或者密度，一般用符号AH表示，单 位g/m3。相对湿度是指被测气体中蒸汽压和该气体在相 同温度下饱和水蒸汽压的百分比，一般用符号RH表示。 相对湿度给出大气的潮湿程度，它是一个无量纲的量，在 实际使用中多使用相对湿度这一概念。 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。下面 介绍一些至今发展比较成熟的几类湿敏电阻传感器。 5.2.2 比较成熟的几类湿 敏传感器 1. 氯化锂湿敏电阻 2.半导体陶瓷湿敏电阻 图5-9 ZnO-CR2O3湿敏元件结构 图5-10 陶瓷湿度传感器结构 5.2.3.湿敏传感器的应用 实例— ZHG型湿敏电阻及 其应用 本章小结 气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触， 造成半导体性质变化，借此来检测待定气体的成 分或者浓度的传感器的总称。气敏电阻元件种类 很多，按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型。 气敏电阻传感器主要用于制作报警器及控制器， 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。 湿度是指大气中的水蒸汽含量，通常采用绝对湿 度和相对湿度两种表示方法。水是一种