《氣體傳感器》課件

氣體傳感器1精選PPT1概述分類：基本性能要求：

選擇性；重復(fù)性；實(shí)時(shí)性。2精選PPT2半導(dǎo)體氣敏器件2.1電阻型半導(dǎo)體氣敏器件 SnO2、ZnO、Fe2O3等材料存在氣敏效應(yīng)，當(dāng)表面吸附某種氣體時(shí)會(huì)引起電導(dǎo)率的變化。

作為傳感器，還要求這種反應(yīng)必須是可逆的。 SnO2

ZnO3精選PPTSnO2氣敏元件特點(diǎn)：

工作溫度低；輸出信號(hào)大，無(wú)需高倍放大；應(yīng)用范圍最廣工作原理：SnO2和空氣中電子親和性大的氣體發(fā)生反應(yīng)，形成吸附氧束縛晶體中的電子，使器件處于高阻狀態(tài)；與被測(cè)氣體接觸，與吸附氧發(fā)生反應(yīng);元件表面電導(dǎo)增加，電阻減小。提高器件的選擇性和靈敏度的措施：參雜改善前者，設(shè)置合適的工作溫度、改進(jìn)制備工藝可改善后者。2.1電阻型半導(dǎo)體氣敏器件4精選PPTSnO2氣敏元件工藝：

多采用燒結(jié)工藝，以多孔SnO2陶瓷為基底材料，再添加不同的其他物質(zhì)，用制陶工藝燒結(jié)而成，燒結(jié)時(shí)埋入加熱電阻絲和測(cè)量電極。此外，還有薄膜型與厚膜型兩種工藝。2.1電阻型半導(dǎo)體氣敏器件燒結(jié)型厚膜型5精選PPT原理和SnO2相似，有燒結(jié)型、厚膜型、薄膜型ZnO系氣敏元件WO3系氣敏元件：在石英底上蒸上一層Pt-Au,再蒸發(fā)上一層薄W，通過(guò)熱氧化作用使之轉(zhuǎn)化成WO3。非晶態(tài)

SiO2：摻雜Fe2+離子其他氣敏元件2.1電阻型半導(dǎo)體氣敏器件6精選PPT電阻型氣體傳感器的主要特性參數(shù)：固有電阻R0和工作電阻RS靈敏度SS＝RS

/R0響應(yīng)時(shí)間T1恢復(fù)時(shí)間T2加熱電阻RH和加熱功率PH電阻型氣體傳感器優(yōu)缺點(diǎn)：成本低、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低、電路簡(jiǎn)單。工作于高溫下、選擇性較差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率要求高、當(dāng)探測(cè)氣體中混有硫化物時(shí)容易中毒。2.1電阻型半導(dǎo)體氣敏器件7精選PPT2.2.1結(jié)型氣敏器件2.2非電阻型半導(dǎo)體氣敏器件結(jié)型氣敏器件又稱氣敏二極管，是利用氣體改變二極管的整流特性。在常溫下選擇性地對(duì)硅烷響應(yīng)，靈敏度高。將金屬與半導(dǎo)體結(jié)合做成整流二級(jí)管，其整流作用來(lái)源于金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)的差異，隨著功函數(shù)因吸附氣體而變化，其整流作用也隨之變化8精選PPT

利用MOS二極管的電容-電壓特性的變化通過(guò)在拋光的鎢基上沉積重硼P型金剛石膜，再鍍上一層無(wú)雜質(zhì)金剛石，在850度下退火，最后在金剛石表面熱蒸發(fā)金屬鈀形成鈀電極，它對(duì)氫氣的敏感度高。MOS二級(jí)管氣敏元件Schottky二極管2.2.1結(jié)型氣敏器件9精選PPT2.2.2MOSFET型氣敏器件2.2非電阻型半導(dǎo)體氣敏器件氣敏二極管的特性曲線左移可以看作二極管導(dǎo)通電壓發(fā)生改變，這一特性如果發(fā)生在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，將使場(chǎng)效應(yīng)管的閾值電壓UT改變，利用這一原理可以制成MOSFET型氣敏器件。10精選PPT2.2.2MOSFET型氣敏器件氫氣敏MOSFET是一種最典型的氣敏器件，它用金屬鈀(Pd)制成鈀柵。在含有氫氣的氣氛中，由于鈀的催化作用，氫氣分子分解成氫原子擴(kuò)散到鈀與二氧化硅的界面，最終導(dǎo)致MOSFET的閾值電壓UT發(fā)生變化。使用時(shí)常將柵漏短接，可以保證MOSFET工作在飽和區(qū)，此時(shí)的漏極電流，利用這一電路可以測(cè)出氫氣濃度。氫氣敏MOSFET特點(diǎn)：靈敏度：氫氣濃度高，則變低；氫氣濃度低，則變高。氣體選擇性高（氫氣）響應(yīng)時(shí)間：溫度越高，氫氣濃度越高，則響應(yīng)越快穩(wěn)定性：在HCl氣氛中生長(zhǎng)一層SiO2絕緣層可改善UT隨時(shí)間漂移特性11精選PPT3固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)是一種具有與電解質(zhì)水溶液相同的離子導(dǎo)電特性的固態(tài)物質(zhì)，當(dāng)用作氣體傳感器時(shí)，它是一種電池。它無(wú)需使氣體經(jīng)過(guò)透氣膜溶于電解液中，可以避免溶液蒸發(fā)和電極消耗等問(wèn)題。電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好。設(shè)電極的氧分壓分別為、，則在兩電極發(fā)生如下反應(yīng)：上述反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)用能斯特方程表示：濃差電池原理應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)教材12精選PPT接觸燃燒式氣體傳感器*原理：可燃性氣體與空氣中的氧接觸，發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生反應(yīng)熱，使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高，具有正的溫度系數(shù)的金屬鉑的電阻值相應(yīng)增加，并且在溫度不太高時(shí)，電阻率與溫度的關(guān)系具有良好的線性關(guān)系。接觸燃燒式氣敏元件的檢測(cè)電路F1是氣敏元件，F(xiàn)2是補(bǔ)償元件，當(dāng)F1與氣體接觸時(shí)，產(chǎn)生氧化作用，釋放熱量，使氣敏元件溫度上升，電阻增大，電橋不再平衡，A、B間產(chǎn)生電位差E。3固體電解質(zhì)氣體傳感器13精選PPTA、B間的電位差E與可燃性氣體的濃度m成正比接觸燃燒式氣敏元件的感應(yīng)特性接觸燃燒式氣體傳感器14精選PPT4其他氣體傳感器采用新材料的氣體傳感器根據(jù)所用的換能器可分為：高分子電阻式氣體傳感器濃差電池式氣體傳感器聲表面波（SAW）式氣體傳感器石英振子式氣體傳感器15精選PPT4其他氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器1差動(dòng)吸收法光纖元件遠(yuǎn)距離測(cè)量系統(tǒng)用可見(jiàn)光吸收遙測(cè)NO2濃度用近紅外光遙測(cè)CH4濃度2光纖NH3氣體傳感器光纖氣體傳感器微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器一些常用的氣體傳感器16精選PPT5氣體傳感器的應(yīng)用5.1簡(jiǎn)易家用氣體報(bào)警采用直熱式氣敏傳感器TGS09，當(dāng)可燃性氣體濃度增加時(shí)，氣敏器件接觸導(dǎo)可燃性氣體而電阻降低，回路電流增加，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BZ報(bào)警。17精選PPT5氣體傳感器的應(yīng)用5.2有害氣體鑒別、報(bào)警與