第11章 化学传感器

第11章化学传感器本章学习要求：1.了解气敏传感器的工作原理及工程应用；2.了解湿敏传感器的工作原理及工程应用；3.了解离子敏传感器的工作原理及工程应用。传感器与测试技术第11章化学传感器11.1气敏传感器气体检测是保护和改善生态居住环境不可缺少手段。如生活环境中一氧化碳浓度达0.8～1.15ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。另外，易燃、易爆气体、酒精等的探测，气敏传感器发挥着极其重要的作用。一氧化碳传感器烟雾报警器酒精传感器

11.1气敏传感器利用半导体气敏材料（如氧化锡、氧化锰等），吸附被测气体（氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等）时，电阻率发生变化，从而使电阻值随被测气体浓度的改变而变化。

1.工作原理：气敏效应11.1.1电阻型气敏器件2.气敏器件电阻值与气体浓度关系曲线

11.1.1电阻型气敏器件11.1.2非电阻型气敏器件1.工作原理利用金属和半导体接触的肖特基二极管伏安特性、金属氧化物半导体场效应管（MOSFFE）的阈值电压等特性，研制成非电阻控制型半导体气敏器件。

11.1气敏传感器2.肖特基二极管伏安特性与H2浓度的关系曲线

11.1.2非电阻型气敏器件随着H2浓度的增加，正向电流也急剧增加。因此在一定偏压下由电流值可以确定H2的浓度。11.1.3气敏传感器的应用当室内可燃气体浓度增大时，气敏传感器吸附可燃气体使电阻值降低，检测回路电流增加，直接驱动蜂鸣器BZ报警。

家用可燃气体报警电路

11.1气敏传感器当无瓦斯气体时，气敏传感器电阻值较大，调节电位器Rp使输出电压小于0.7V，555集成器件的4脚被嵌位，振荡器不工作。当周围空气有瓦斯气体时，气敏传感器电阻值降低，电位器输出电压增加，555集成器件的4脚变为高电平，振荡器起振，扬声器报警。

小型煤矿瓦斯报警电路

11.1.3气敏传感器的应用燃气报警器烟雾报警器案例：

11.1.3气敏传感器的应用案例：酒精传感器

11.1.3气敏传感器的应用11.2湿敏传感器11.2.1绝对湿度与相对湿度绝对湿度：——单位体积内所含水蒸气的质量相对湿度：

——待测空气中水蒸气气压与饱和水蒸气气压的比值在实际生活中，如人体的感觉、植物的枯萎、水分蒸发的快慢等，并不用绝对湿度表示，而是用相对湿度来表示。

第11章化学传感器11.2.2工作原理与特性曲线氯化锂(LiCl)和半导体陶瓷(MgCr2O4-TiO2)等湿敏元件吸附水蒸气时，电阻值随相对湿度的改变而变化。

氯化锂特性曲线MgCr2O4-TiO2特性曲线

11.2湿敏传感器11.2.4湿敏传感器的应用若检测出相对湿度≥65%RH，温度≥55oC时，判断为泄漏状态，通过与门输出。若检测湿度变化率大于设定值时，也可判断为泄漏状态，通过或门输出。或门的输入端只要有一端输入为高电平，即可判断有泄漏，并进行声光报警。

11.2湿敏传感器微量蒸气检漏仪结构框图直流电源为发热体提供所需功率，振荡器为湿敏电阻Rs提供交流电源，固定电阻Rr与Rs构成分压电路。交/直流变换器将Rs与Rr的分压信号变换为直流信号。线性化电路将信号进行线性处理，使输出信号与湿度成比例。A为比较器，湿度信号经交/直流变换器、线性化电路处理后，与基准电压Ur进行比较，其输出信号控制被控系统。

11.2.4湿敏传感器的应用湿度检测控制系统11.3离子敏传感器

11.3.1MOS场效应管第11章化学传感器漏电流的大小与阀值电压有关，在和保持恒定的情况下，阈值电压的变化将会引起漏电流的变化，利用此特性进行离子浓度的检测。11.3.2离子敏场效应管

绝缘层与栅极之间没有金属栅极。当敏感膜与被测溶液接触时，由于氢离子的存在，在敏感膜与溶液界面上感应出对离子敏感的界面电势。该电势控制沟道的导电性，使得漏电流发生变化，从而实现对被测溶液中离子浓度的检测。第11章化学传感器小结化学传感器实际上是各种不同的专用电极。广泛用来作为易燃、易爆、有毒、有害气体的检测预报和自动控制。

（1）电阻型和非电阻型气敏器件的结构、测量原理和应用举例；

（2）绝对湿度和相对湿度的定义，