传感器与检测技术课件 项目七 测量气体浓度和湿度 任务7.1 化学物质传感器测量气体浓度.pptx

项目七测量气体浓度和湿度

【项目思维导图】

【项目教学目标】【知识目标】1．能理解气敏传感器的定义、工作原理；2．能说出气敏传感器、湿度传感器的主要类型；3．能理解电阻型半导体气敏传感器基本原理；4．能理解气敏电阻元件类型、应用特性；5．能理解湿度的相关概念、基本测量方法；6．能理解湿敏电阻、湿敏电容的基本工作方式；7．能理解气敏传感器、湿度传感器的应用和前景。【技能目标】1．能复述并解释气敏传感器、湿度、湿度传感器的定义；2．会比较湿度的测量方法；3．能认识并理解气敏传感器、湿度传感器的主要类型和特性；4．会分析半导体式气敏传感器、电阻式湿敏元件的工作原理；5．能认识并理解气敏传感器、湿度传感器的应用。【素养目标】1.通过不断探索新传感器，培养学生守正出新，要在坚持的基础上不断发展，学习底蕴深厚的民族精神，培养自强不息、敢为天下先的创新精神；2.通过陶瓷湿敏元件学习，激发学生积极传承和弘扬民族精神，不断增强业务本领，将“青春梦”与“中国梦”“世界梦”紧密相连，力争成为构建人类命运共同体的有生力量。

任务7.1化学物质传感器测量气体浓度在流程化生产中，成分是最直接的控制指标。对于化学反应过程，要求产量多，效率高；对于分离过程，要求得到更多的纯度合格产品。例如，氨的合成中，合成气中一氧化碳和二氧化碳含量高，合成塔媒要中毒；氢氮比不适当，转化率要低。这些都需要进行气体分析。随着工业现代化的进步，被人们所利用的和在生活、工业上排放出的气体种类、数量都日益增多。大量煤矿瓦斯爆炸案例，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿、俄罗斯西伯利亚克麦罗沃州奥辛尼克市泰日纳煤矿、河南省新密市苟堂镇小刘寨煤矿、江西丰城矿务局建新煤矿等等。瓦斯是矿井中煤或其它含炭物质在开采过程中形成的一种气体，主要成分为甲烷（即沼气）。它比空气轻，易燃烧、爆炸。一般，瓦斯聚集到一定的浓度（爆炸限5.0-15.0%），遇到火源（如烟火和金属撞击产生的火花等），则会发生爆炸，并且它无色、无味，因此不容易被人们发觉。任务描述

任务描述：为了保护人类赖以生存的自然环境，防止不幸事故的发生，需要对各种有害、可燃性气体在环境中存在的情况进行有效的监控。因此气体成分、物性的测量和控制非常重要。每年因家庭使用煤炉、各种燃气具不当至死数以万计；另外还有一些惰性气体，他们的浓度超标能够引起氧气的缺乏，一般认为，氧气从20.9%减小到19.5%就会引起人感觉上的不适应，发生危险，而如果氧气浓度减小到18%就会致命。还有一些有毒有害气体，比如油漆工业产生的职业病，包括家居装修刚结束时产生的异味（甲醛）等等，如果浓度超标也会引起人们的生命危险。为了保障生命财产安全，要对厨房可燃气体泄漏进行检测。那么厨房可燃气体应怎样进行检测呢？

知识链接：气敏传感器测量气体浓度一、气敏传感器工作原理气敏传感器是一种把气体中的特定成分检出，并将它转换为电信号的器件，以便提供有关待测气体的存在及浓度大小的信息。气体传感器又叫气敏传感器，气敏电阻传感器就是一种将检测到的气体的成分和浓度转换为电信号的传感器。气敏电阻的材料是金属氧化物，制作上是通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成的，金属氧化物在常温下是绝缘体，制成半导体后却显示气敏特性。气敏半导体材料，如氧化锡（SnO2）、氧化锰（MnO2）等金属氧化物制成的敏感元件，当它们吸收了可燃气体的烟雾，如氢、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然气、沼气等时，会发生还原反应，放出热量，使元件温度相应增高，电阻发生变化。气敏式电阻传感器正是利用半导体材料的这种特性，将气体的成分和浓度（典型气敏元件的阻值－浓度关系）变换成电信号，进行监测和报警。

知识链接：气敏传感器测量气体浓度从图7-1可以看出，元件对不同气体的敏感程度不同，如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度，而对甲烷的灵敏度较低。一般随气体的浓度增加，元件阻值明显增大，在一定范围内呈线性关系。图7-1气敏元件特性图

知识链接：气敏传感器测量气体浓度二、气敏传感器分类由于被测气体的种类繁多，性质各不相同，不可能用一种传感器来检测所有的气体，所以气敏传感器的种类也很多。气敏传感器按工作原理可分为半导体式气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器等不同类型。从材料、结构和应用范围来看，目前仍以半导体式气敏传感器居多，这类传感器一般多用于气体的粗略鉴别和定性分析，具有结构简单、使用方便的优点。但近年来以氧化锆陶瓷材料为主的离子导电式气敏传感器发展十分迅速，并已成为发展新型传感器的一个研究热点。气敏传感器的分类主要有以下五种方式。按传感器检测原理分为半导体式气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器、化学反应式气敏传感器、光干涉式气敏传感器、热传导式气敏传感器和红外线吸收散射式气敏传感器等。各自的特点如表7