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气敏传感器 气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。 在现代社会的生产和生活中，会接触到各种各样的气体，需要进行检测和控制。比如煤矿瓦斯浓度的检测与报警；环境污染情况的监测；煤气泄漏；火灾报警等等。 一.气敏传感器简介 酒精传感器 二氧化碳传感器 家庭用煤气报警器 1.产生原因: 在生产和生活中，都会遇到一些有害气体，为了确保安全，需对各种可燃性气体、有毒性气体进行检测。对于气体的检测也有助于及时调整。目前实用气体方法很多，其中接触燃烧法和用半导体气敏传感器检测法具有使用方便、费用低等特点。 2.发展过程: 半导体气敏元件是60年代初期研制成功的，最先研制的是SnO2薄膜元件。它是利用加热条件下SnO2薄膜电阻随接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。 继而又发现在SnO2烧结体中添加Pt或pd等贵重金属可提高灵敏度。1968年诞生了商品半导体气敏元件，其后，其它材料的半导体气敏元件也相继投放市场。 3. 常用的气敏元件: SnO2半导体气敏元件，目前以TGS型和QM-N5型气敏元件为主. 二.气敏传感器的发展 三.气敏传感器的原理及分类 3.1分类： 通常以气敏特性来分类，主要可分为： 半导体型气敏传感器， 电化学型气敏传感器， 固体电解质气敏传感器， 接触燃烧式气敏传感器， 光化学型气敏传感器， 高分子气敏传感器等。 半导体气敏传感器 元件材料：金属氧化物或金属半导体氧化物， 作用原理：与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率、伏安特性或表面电位变化。借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度，并将其变换成电信号输出。 应用范围：可用于检测气体中的特定成分（CO、CO2、甲醛、酒精、氧气、氢气等）。 应用场合： 一般用于易燃、易爆、有毒、有害气体的检测和报警。 基本要求： 1、对被测气体有高的灵敏度。 2、气体选择性好。 3、能够长期稳定工作。 4、响应速度快。 分类： 按照与气体的相互作用是局限于半导体内部还是涉及到外部分为表面控制型和体控制型； 按照半导体变化的物理特性分为电阻式和非电阻式。 电阻式半导体气敏传感器： 其电阻随着气体含量不同而变化; 主要是指半导体金属氧化物陶瓷气敏传感器，是一种用金属氧化物薄膜（例如SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2等）制成的阻抗器件。 表面控制型电阻式半导体气敏传感器： 当表面吸附某种气体时会引起电导率的变化. 1、结构与分类 由气敏元件、加热器、封装部分组成； 按制造工艺可分为烧结型、薄膜型、厚膜型。 按加热方式分为内热式和旁热式。 某气敏传感器的整体结构 （1） 烧结型 将元件的电极和加热器均埋在金属氧化物气敏材料中, 经加热成型后低温烧结而成。 烧结型 输出极 加热电极 金属氧化物 目前最常用的是氧化锡（SnO2）烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在200－300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气体, 如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。 （2）薄膜型 在石英基片上蒸发或溅射一层半导体薄膜制成（厚度0.1μm以下）。上下为输出电极和加热电极，中间为加热器。 薄膜型 输出极 加热器 金属氧化物 加热电极 2.3 工作原理 元件加热到稳定状态，当有气体吸附时，吸附分子在气敏元件表面自由扩散(物理吸附)，一部分吸附分子被蒸发掉，一部分吸附分子产生热分解固定在吸附处(化学吸附)。 当半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子向半导体释放电子成为正离子吸附，半导体载流子数增加，半导体电阻率减少，阻值降低。具有正离子吸附倾向的气体被称为还原性气体(例H2、CO、炭氢化合物和酒类等)。 当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力，吸附分子从半导体夺走电子成为负离子吸附，半导体载流子数减少，电阻率增大，阻值增大。具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化性气体(例O2、NOx等)。 元件加热 正常状态 吸附还原性气体 吸附氧化性气体 吸附气体后 空气中 元件电阻 100 50 0 元件阻值变化 时间 气敏电阻的原理图 当吸附还原性气体时，N型半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子向半导体释放电子成为正离子吸附，半导体载流子数增加，半导体电阻率减少，阻值降低。 当吸附氧化性气体时，N型半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力，吸附分子从半导体夺走电子成为负离子吸附，半导体载流子数减少，电阻率增大，阻值增大. 对于P型半导体器件，情况刚好相反，氧化性气体使其电阻减小，还原性气体使其电阻增大。