第11章化学要点分析.pptVIP

第11章 化学传感器 11.1 气敏传感器 11.2 湿敏传感器 气敏传感器的定义： 是能够感知环境中气体成分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。从而可以实现检测、监控、报警，还可通过接口电路与计算机组成自动检测、 控制和报警系统。 气敏传感器的性能要求： 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 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 气敏传感器的主要参数及特性 灵敏度：对气体的敏感程度 响应时间 ：对被测气体浓度的响应速度 选择性：指在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力 稳定性：当被测气体浓度不变时，若其他条件发生改变，在规定的时间内气敏元件输出特性保持不变的能力 温度特性：气敏元件灵敏度随温度变化而变化的特性 湿度特性：气敏元件灵敏度随环境湿度变化而变化的特性 电源电压特性：指气敏元件灵敏度随电源电压变化而变化的特性 时效性与互换性：反映元件气敏特性稳定程度的时间，就是时效性；同一型号元件之间气敏特性的一致性，反映了其互换性 气敏传感器的分类 工作原理 半导体式气敏传感器： 利用半导体气敏元件（主要是金属氧化物）同待测气体接触，造成半导体性质（电导率等）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）电阻式气敏传感器 基本原理 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。 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（物理吸附），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（化学吸附）。 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。 如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原型气体或电子供给性气体。 当氧化型气体吸附到N型半导体（SnO2, ZnO)上，或还原型气体吸附到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。 当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻值下降。 规则总结： 氧化型气体＋N型半导体： 载流子数下降，电阻增加 还原型气体＋N型半导体： 载流子数增加，电阻减小 氧化型气体＋P型半导体： 载流子数增加，电阻减小 还原型气体＋P型半导体： 载流子数下降，电阻增加 SnO2的灵敏度特性和温－湿度特性 气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。因此，气敏元件结构上，有电阻丝加热，结构如上图所示，1和2是加热电极，3和4是气敏电阻的一对电极。 11.1.3 气敏传感器的应用 11.2 湿敏传感器 11.2.1 湿敏传感器的基本概念及分类 11.2.2 常用湿敏传感器的基本原理 11.2.3 湿敏传感器的应用 湿度的定义及其表示方法 所谓湿度，是指大气中水蒸气的含量。它通常有如下几种表示方法： 绝对湿度（AH） 相对湿度（%RH） 绝对湿度（AH） 相对湿度（%RH） 湿敏传感器的定义 　定义：能感受外界湿度变化，通过器件材料的物理或化学性质变化，将被测环境湿度转换成电信号的装置。 　 主要由两个部分组成：湿敏元件和转换电路，除此之外还包括一些辅助元件，如辅助电源、温度补偿、输出显示设备等。 一个理想的湿敏传感器应具备的性能 使用寿命长，稳定性好 灵敏度高，线性度好，温度系数小 使用范围宽，测量精度高 响应迅速 湿滞回差小，重现性好 能在恶劣环境中使用，抗腐蚀、耐低温和高温等特性好 器件的一致性和互换性好，易于批量生产，成本低 器件感湿特征量应在易测范围内 湿敏传感器的分类 11.2.2 常用湿敏传感器的工作原理 电阻式湿敏传感器 电容式湿敏传感器 电阻式湿敏传感器 电阻式湿敏传感器是利用器件电阻值随湿度变化的基本原理来进行工作的，其感湿特征量为电阻值。 根据使用感湿材料的不同，电阻式湿敏传感器可分为： 电解质式 陶瓷式 高分子式 若该半导瓷为Ｎ型，则由于水分子的附着使表面电势下降，如果表面电势下降较多，不仅使表面层的电