传感器与检测技术张朝霞75课件.pptVIP

***在诸多的半导体气敏元件中，用氧化锡(SnO2)制成的元件具有结构简单、成本低、可靠性高，稳定性好、信号处理容易等一系列优点，应用最为广泛。气敏电阻的材料是金属氧化物,在合成材料时,通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成,金属氧化物半导体分N型半导体,如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等；P型半导体,如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。*半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。按其结构可分为烧结型、薄膜型和厚膜型。*以多孔质陶瓷如SnO2为基材，添加不同物质采用低温(700～900℃)制陶方法进行烧结，烧结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较大，所以应用受到一定的限制。*以多孔质陶瓷如SnO2为基材，添加不同物质采用低温(700～900℃)制陶方法进行烧结，烧结时埋入铂电极和加热丝，最后将电极和加热丝引线焊在管座上制成元件。由于制作简单，它是一种最普通的结构形式，主要用于检测还原性气体、可燃性气体和液体蒸气，但由于烧结不充分，器件的机械强度较差，且所用电极材料较贵重，电特性误差较大，所以应用受到一定的限制。*用蒸发或溅射方法，在石英或陶瓷基片上形成金属氧化物薄膜(厚度数微米)，用这种方法制成的敏感膜颗粒很小，因此具有很高的灵敏度和响应速度。*将气敏材料(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的基片上，在400～800℃的温度下烧结1～2个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。*电阻型半导体气敏传感器气敏元件的敏感部分是金属氧化物微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被测气体时，半导体微结晶粒子接触介面的导电电子比例就会发生变化，从而使气敏元件的电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种反应是可逆的，因而可以重复地使用。电阻值的变化是伴随着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而产生的，为了加速这种反应，通常要对气敏元件加热。*气敏传感器在检测中其阻值的变化由于空气中的含氧量大体上是恒定的，因此氧化的吸附量也是恒定的，器件的阻值也相对固定。若气体浓度发生变化，其阻值也将变化。*SnO2气敏器件直热式SnO2气敏电阻：直热式元件又称内热式，这种元件的结构示意图如图5-10所示。元件管芯由三部分组成：SnO2基体材料、加热丝、测量丝，它们都埋在SnO2基材内。工作时加热丝通电加热，测量丝用于测量元件的阻值。直热式传感器由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成，如TGS、QN、QM等系列产品。这种器件的工艺简单、功率小、成本低，但因其热容量小、稳定性差，容易受环境气流的影响；测量电路与加热电路间没有隔离，易相互干扰；加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。*旁热式SnO2气敏电阻：这种元件的结构示意图如图5-11所示。其管芯增加了一个陶瓷管，在管内放进高阻加热丝，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂SnO2材料。旁热式传感器采用陶瓷管作为基座将加热丝放置在一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外涂上SnO2等材料。旁热式结构将测量极和加热极分离，而且加热丝不与气敏材料接触，避免了测量回路和加热回路的相互影响，器件热容量大，降低了环境温度对器件加热温度的影响，所以这类结构器件的稳定性、可靠性都较直热式器件好，国产QM-N5型和日本费加罗TGS＃812、813型等气敏传感器都采用这种结构。*气体传感器选用二氧化锡气敏元件。当气体传感器探测不到酒精时,加在A5脚的电平为低电平；当气体传感器探测到酒精时,其内阻变低,从而使A5脚电平变高。A为显示推动器,它共有10个输出端,每个输出端可以驱动一个发光二极管,显示推动器A根据第5脚电压高低来确定依次点亮发光二极管的级数,酒精含量越高则点亮二极管的级数越大。上5个发光二极管为红色,表示超过安全水平。下5个发光二极管为绿色,代表安全水平,酒精含量不超过0.05%。*利用气敏期间可以设计用于空气净化的自动换气扇。如图所示为自动换气扇的电路原理图。当室内空气污浊时，烟雾或其他污染气体使气敏器件阻值下降，晶体管VT导通，继电器动作，接通风扇电源，电源电扇自动启动，排放污浊气体，换进新乡空气；当室内污浊气体浓度下降到希望的数值时，气敏期间组织上升，VT截止，继电器断