傳感器第十章 半導(dǎo)體傳感器(氣濕)

.,第10章半導(dǎo)體式傳感器,.,傳感器原理及應(yīng)用,1氣敏傳感器2濕敏傳感器3色敏傳感器,第10章半導(dǎo)體傳感器,主要內(nèi)容：,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,半導(dǎo)體傳感器是典型的物性型傳感器，它是利用某些材料的電特征的變化實(shí)現(xiàn)被測量的直接轉(zhuǎn)換，如改變半導(dǎo)體內(nèi)載流子的數(shù)目。凡是用半導(dǎo)體材料制作的傳感器都屬于半導(dǎo)體傳感器。其中包括：光敏電阻、光敏二極管、光敏晶體管、霍爾元件、磁敏元件、壓阻元件、氣敏、濕敏等等。,概述,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,概述,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,概述,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成份的器件，由于氣體種類很多，性質(zhì)各不相同，不可能用同一種氣體傳感器測量所有氣體，如：工業(yè)天然氣、煤氣等易燃易爆的安全監(jiān)測；環(huán)境保護(hù)，有害、有毒氣體監(jiān)測；酒后駕車，乙醇濃度檢測。,10.1氣敏傳感器,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器工作原理,氣敏傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感元件阻值變化，如：氧氣、NO2等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，被稱為氧化型氣體電子接收性氣體；H2、CO、碳?xì)浠衔铮N）、醇類等具有正離子吸附傾向的氣體，被稱為還原型氣體電子供給性氣體。,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,當(dāng)氧化型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，電阻值上升；當(dāng)氧化型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻值下降；當(dāng)還原型氣體吸附到N型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多，電阻值下降；當(dāng)還原型氣體吸附到P型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少，電阻值上升；,N型半導(dǎo)體與氣體接觸時的氧化還原反映,10.1氣敏傳感器10.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器工作原理,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.1半導(dǎo)體氣敏傳感器工作原理,組成：敏感元件、加熱器、外殼；制造工藝：燒結(jié)型、薄膜型、厚膜型。氣敏電阻的材料是金屬氧化物，合成時加敏感材料和催化劑燒結(jié)，這些金屬氧化物在常溫下是絕緣的，制成半導(dǎo)體后顯示氣敏特性。金屬氧化物有：N型半導(dǎo)體，如：SnO2Fe2O3ZnOTiOP型半導(dǎo)體，如：CoO2PbOMoO2CrO3,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.2半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu)(1)電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器,電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器導(dǎo)電機(jī)理用一句話描述：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，根據(jù)這一特性，從阻值的變化測出氣體的種類和濃度。,由于空氣中的含氧量大體上是恒定的，因此氧的吸附量也是恒定的，氣敏器件阻值也相對固定。若氣體濃度發(fā)生變化，器件表面將產(chǎn)生吸附作用，其阻值也將隨氣體濃度變化而變化。根據(jù)這一特性，可以從阻值的變化得知吸附氣體的種類和濃度。,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.2半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu)(1)電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器,SnO2系列氣敏元件有燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型三種。,.,燒結(jié)型氣敏器件的制作是將一定比例的敏感材料（SnO2、ZnO等）和一些摻雜劑（Pt、Pb等）用水或粘合劑調(diào)合，經(jīng)研磨后使其均勻混合，然后將混合好的膏狀物倒入模具，埋入加熱絲和測量電極，經(jīng)傳統(tǒng)的制陶方法燒結(jié)。最后將加熱絲和電極焊在管座上，加上特制外殼就構(gòu)成器件。該類器件分為兩種結(jié)構(gòu)：直熱式和旁熱式。,.,直熱式器件管芯體積很小，將加熱絲、測量絲直接埋在金屬氧化物半導(dǎo)體粉末材料內(nèi)燒結(jié)而成。加熱絲兼做一個測量電極，工作時加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。,缺點(diǎn)：熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響；測量電路與加熱電路之間沒有隔離而相互干擾，影響其測量參數(shù)；加熱絲在加熱與不加熱兩種情況下產(chǎn)生的膨脹與冷縮，容易造成器件接觸不良。,.,國產(chǎn)QM-N5型和日本費(fèi)加羅TGS812、813型等氣敏傳感器都采用這種結(jié)構(gòu)。,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.2半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu)(1)電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器,電阻型氣敏元件通常工作在高溫狀態(tài)，氣敏元件的加熱作用：為加速氣體吸附和上述的氧化還原反應(yīng)，提高靈敏度和響應(yīng)速度；另外使附著在殼面上的油霧、塵埃燒掉。,.,.,厚膜型氣敏器件,將SnO2和ZnO等材料與315重量的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印制到裝有鉑電極的氧化鋁基片上，在400800高溫下燒結(jié)12小時制成。,優(yōu)點(diǎn)：一致性好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體式傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.2半導(dǎo)體氣敏傳感器類型及結(jié)構(gòu)(2)非電阻型半導(dǎo)體氣敏傳感器,非電阻型氣半導(dǎo)體敏傳感器主要類型：利用MOS二極管的電容電壓特性變化；利用MOS場效應(yīng)管的閾值電壓的變化；利用肖特基金屬半導(dǎo)體二極管的勢壘變化進(jìn)行氣體檢測。,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.3半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用,氣體濃度檢測,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.3半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用,酒精測試儀,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.3半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用,防酒后駕車汽車點(diǎn)火電路,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.1氣敏傳感器10.1.3半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用,紅外多種氣體檢測系統(tǒng)動畫演示,.,煙氣分析儀,.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.2濕敏傳感器,濕度是指空氣中的水蒸氣含量，通常用絕對濕度和相對濕度表示：絕對濕度，單位空間所含水蒸汽的絕對含量或濃度，用符號AH表示，單位（g/m3）。相對濕度，被測氣體中的水蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸氣壓的百分比，一般用%RH表示，無量綱。一般使用濕度，量程0100%RH。不同環(huán)境所需濕度不同，測量方法很多，但精度不高。目前世界上最高水平濕度測量精度在0.01%左右，理想測濕量程應(yīng)是0100%RH，量程越大實(shí)用價值越大。,.,為什么要測量濕度?,溫濕度變送器,h,T,x,室內(nèi)空氣質(zhì)量,100%rH,貯存/催熟,生產(chǎn)空氣質(zhì)量,烘干過程,耗費(fèi)最低的能量,達(dá)到/保持成品的最佳品質(zhì),讓設(shè)備高效率地進(jìn)行生產(chǎn),-更舒適,更高的工作效率,使產(chǎn)品或原材料達(dá)到最佳品質(zhì),.,傳感器原理及應(yīng)用,第10章半導(dǎo)體傳感器,10.2濕敏傳感器10.2.1氯化鋰濕敏電阻,氯化鋰濕敏電阻即電解質(zhì)濕敏電阻，利用物質(zhì)吸收水分子而導(dǎo)電率發(fā)生變化檢測濕度。,.,氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。它由引線、基片、感濕層與電極組成。,.,氯化鋰通常與聚乙烯醇組成混合體，在氯化鋰（LiCl