气敏传感器汇总

1、气敏传感器第八章气敏接触燃烧式气敏元件金属氧化物1,检测原理可燃性气体(H2,CO,CH4等)与空气中的氧接触,发生氧化反应,产生反应热(无焰 接触燃烧热),使得作为敏感材料的铂丝温度升高，2,接触燃烧式气敏元件的结 构用高纯的铂丝，绕制成线圈，为了使线圈具有适当的阻值(1 Q2Q ), 一般应绕 10圈以上.在线圈外面涂以氧化铝或氧化铝和氧化硅组成的膏状涂覆层，干燥后在一定温度下烧结成球状多孔体将烧结后的小球，放在贵金属铂,钯等的盐溶液 中,充分浸渍后取出烘干.然后经过高温热处理，使在氧化铝(氧化铝一氧化硅)载 体上形成贵金属触媒层，最后组装成气体敏感元件除此之外,也可以将贵金属触 媒粉体与

2、氧化铝，氧化硅等载体充分混合后配成膏状，涂覆在铂丝绕成的线圈上， 直接烧成后备用另外,作为补偿元件的铂线圈，其尺寸,阻值均应与检测元件相 同.并且，也应涂覆氧化铝或者氧化硅载体层，只是无须浸渍贵金属盐溶液或者混 入贵金属触媒粉体，形成触媒层而已触媒AI2O3载体Pt丝元件(0.8-2)mm(b)敏感元件外形图接触燃烧式气敏元件结构示意图(a)元件的内部示意图 二,半导体气体传感器 气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料当被测气体在该半导体 表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化目前流行的定性模型是：原 子价(1)气敏元件的电阻值将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称

3、为气敏元件(电阻型)的固有电阻值,表示为Ra.一般其固有电阻值在(103105) Q范围.测定固有电阻值Ra时，要求必须在洁净空气环境中进行.由于经济地理环境的 差异,各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相 同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别因此，必须在 洁净的空气环境中进行测量(2)气敏元件的灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标 它表示气体敏感元件的电参量 (如电阻型气敏元件的电阻值)与被测气体浓度之间的依从关系表示方法有三种(a) 电阻比灵敏度K(b) 气体分离度RC气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值：RC气敏元件在浓度为

4、C2的被测气体中的阻值.通常,C1C2.(c) 输出电压比灵敏度KVVa:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出Ra-气敏元件在洁净空气中的电阻值；Rg-气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值(4) 气敏元件的响应时间表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度一般从气敏元件与一定浓 度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻 值的63%寸为止,所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间 , 通常用符号tr表示.(3)气敏元件的分辨率表示气敏元件对被测气体的识别(选择)以及对干扰气体

5、的抑制能力气敏元件分 辨率S表示为Va气敏元件在洁净空气中工作时,负载电阻上的输出电压;Vg 气敏元件在规 定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压Vgi气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压(5) 气敏元件的加热电阻和加热功率气敏元件一般工作在200C以上高温为气敏元件提供必要工作温度的加热电路 的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示直热式的加热电阻值一般 小于5Q ;旁热式的加热电阻大于20Q .气敏元件正常工作所需的加热电路功率， 称为加热功率,用PH表示 一般在(0.52.0)W范围(6) 气敏元件的恢复时间表示在工作温度下，被测气体由该元件上解吸的速度，一

6、般从气敏元件脱离被测 气体时开始计时，直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的 63%寸所需时间(7) 初期稳定时间长期在非工作状态下存放的气敏元件，因表面吸附空气中的水分或者其他气体， 导致其表面状态的变化，在加上电负荷后，随着元件温度的升高，发生解吸现象 因此，使气敏元件恢复正常工作状态，需要一定的时间，称为气敏元件的初期稳定 时间 一般电阻型气敏元件，在刚通电的瞬间，其电阻值将下降，然后再上升，最后 达到稳定由开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间，称为初期稳定时间 初期稳定时间是敏感元件存放时间和环境状态的函数存放时间越长，其初期稳定时间也越长在一般条件下，气敏元件存放两周以后，其初期稳定

7、时间即可达最 大值2,烧结型SnO2气敏元件SnO2系列气敏元件有烧结型，薄膜型和厚膜型三种烧结型应用最广泛性 其敏感体用粒径很小(平均粒径W1卩m)的SnO2粉体为基本材料,根据需要添加 不同的添加剂，混合均匀作为原料主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度 约300C 根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种(1)直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)内热式气敏器件结构及符号1234SnO2烧结体加热极兼电极(a)结构4321(b)符号由芯片(敏感体和加热器),基座和金属防爆网罩三部分组成因其热容量小，稳定 性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数

8、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气敏元件加热器电阻值一般为30Q40Q电极加热器瓷绝缘管旁热式气敏器件结构及符号SnO2烧结体123456(a) 结构(b) 符号7100目不锈钢网18.4123123445 45气敏元件外形和引出线分布三，氧化锆氧气传感器固体电解质是具有离子导电性能的固体物质 一般认为，固体物质(金属或半导体) 中,作为载流子传导电流的是正，负离子.可是,在固体电解质中，作为载流子传导 电流的,却主要是离子.二氧化锆(ZrO2)在高温下(但尚远未达到熔融的温度)具 有氧离子传导性纯净的二氧化锆在常温下属于单斜晶系，随着温度的升高，发生相转变在

9、1100C下,为正方晶系，2500 C下,为立方晶系，2700 C下熔融，在熔融二氧化锆中 添加氧化钙，三氧化二钇,氧化镁等杂质后，成为稳定的正方晶型，具有莹石结构， 称为稳定化二氧化锆.并且由于杂质的加入，在二氧化锆晶格中产生氧空位，其浓 度随杂质的种类和添加量而改变，其离子电导性也随杂质的种类和数量而变化 在二氧化锆中添加氧化钙，三氧化二钇等添加物后，其离子电导都将发生改变尤 其是在氧化钙添加量为15%mo左右时,离子电导出现极大值但是,由于二氧化 锆一氧化钙固溶体的离子活性较低，要在高温下，气敏元件才有足够的灵敏度.添 加三氧化二钇的ZrO2-Y2O3固溶体,离子活性较高,在较低的温度下

10、,其离子电导 都较大，如图因此，通常都用这种材料制作固定电解质氧敏元件添加丫2O3的 ZrO2固体电解质材料，称为YSZ材料.51015201234Yb2O3Y2O3CaO氧化物添加量/% molZrO2中杂质含量与电导关系离子电导lg a / Q -1cm-1ZrO2系固体电解质的离子电导与温度关系56008001000120010-110-210-310-4123467 t / C 离 子电导 / Q -1cm-11 添加 8%molYb2O3 ;2 ZrOO.92 SC2030.04 Yb2030.043 ZrO2 ;4 添加 10%molY2O3 ;5 添加 13%molCaO6 添加

11、 15%molY2O3 ;7 添加 10%molCeO四，气体传感器的应用分为检测,报警,监控等几种类型.1, 电源电路一般气敏元件的工作电压不高（3V10V）,其工作电压，特别是供给加热的电压， 必须稳定.否则,将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移， 影响检测准确性2, 辅助电路由于气敏元件自身的特性（温度系数,湿度系数,初期稳定性等）,在设计,制作应 用电路时,应予以考虑如采用温度补偿电路，减少气敏元件的温度系数引起的误 差；设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值大幅度变化造成误报；使用加 热器失效通知电路，防止加热器失效导致漏报现象下图是一温度补偿电路 当环境温度降

12、低时，则负温度热敏电阻（R5）的阻值增大，使相应的输出电压得到 补偿BZU气敏传感器氖管蜂鸣器NTC电阻WR1R2R3R4R5R6SCR右图为正温度系数热敏电阻（R2）的延时电路.刚通电时，其电阻值也小，电流大部 分经热敏电阻回到变压器,蜂鸣器（BZ）不发出报警.当通电12min后,阻值急剧 增大，通过蜂鸣器的电流增大，电路进入正常的工作状态.BZ气敏传感器PTC电阻R2R1R3R4BCRuB蜂鸣器氖管3,检测工作电路这是气敏元件应用电路的主体部分下图是设有串联蜂鸣器的应用电路.随着环境中可燃性气体浓度的增加，气敏元 件的阻值下降到一定值后，流入蜂鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警信号 220VBZ氖管家用可燃性气体报警器电路气敏传感器蜂鸣器BR下图是差分式可燃性气体检测仪电路原理图.在此电路中，BG1,BG2的参数应力求一致，最好选用差分对管.采用这种差分电路 检测气体的灵敏度可达100 X 10-6.K1W11W31W41W21R3R2BG1BG2R4R5K23V6V卩A差分式可燃性气体检测仪电路R1RQ下图是家用煤气(CO)安全报警电路.一部分是煤气报警器，在煤气浓度达到危险界限前发生警报；另一部分是开放式