氣敏傳感器的 特性：氣體傳感器的主要特性原理及分類介紹
氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測量。
氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間。目前，氣體的采樣方式主要是通過簡單擴(kuò)散法，或是將氣體吸入檢測器。
簡單擴(kuò)散是利用氣體自然向四處傳播的特性。目標(biāo)氣體穿過探頭內(nèi)的傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于氣體體積分?jǐn)?shù)的信號(hào)。由于擴(kuò)散過程漸趨減慢，所以擴(kuò)散法需要探頭的位置非常接近于測量點(diǎn)。擴(kuò)散法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將氣體樣本直接引入傳感器而無需物理和化學(xué)變換。樣品吸入式探頭通常用于采樣位置接近處理儀器或排氣管道。這種技術(shù)可以為傳感器提供一種速度可控的穩(wěn)定氣流，所以在氣流大小和流速經(jīng)常變化的情況下，這種方法較值得推薦。將測量點(diǎn)的氣體樣本引到測量探頭可能經(jīng)過一段距離，距離的長短主要是根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)，但采樣線較長會(huì)加大測量滯后時(shí)間，該時(shí)間是采樣線長度和氣體從泄漏點(diǎn)到傳感器之間流動(dòng)速度的函數(shù)。對(duì)于某種目標(biāo)氣體和汽化物，如SiH4以及大多數(shù)生物溶劑，氣體和汽化物樣品量可能會(huì)因?yàn)槠湮阶饔蒙踔聊Y(jié)在采樣管壁上而減少。
氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系，尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。
1 主要特性
1.1 穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。
1.2 靈敏度
靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制（TLV-thresh-old limit value）或最低爆炸限（LEL-lower explosive limit）的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。
1.3 選擇性
選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。
1.4 抗腐蝕性
抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。
氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。
2 主要原理及分類
通常以氣敏特性來分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。
2.1 半導(dǎo)體氣體傳感器
半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。這些都是由材料的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。
自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問世以來。半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用最普遍、最具有實(shí)用價(jià)值的一類氣體傳感器，根據(jù)其氣敏機(jī)制可以分為電阻式和非電阻式兩種。
電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器，是一種用金屬氧化物薄膜（例如：Sn02，ZnO Fe203，TI02等）制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣味分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器傳導(dǎo)率的變化。為了消除氣味分子還必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器有助于氧化反應(yīng)進(jìn)程。它具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對(duì)濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對(duì)氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠理想、功率要求高。當(dāng)探測氣體中混有硫化物時(shí)，容易中毒。現(xiàn)在除了傳統(tǒng)的SnO，Sn02和Fe203三大類外，又研究開發(fā)了一批新型材料，包括單一金屬氧化物材料、復(fù)合金屬氧化物材料以及混合金屬氧化物材料。這些新型材料的研究和開發(fā)，大大提高了氣體傳感器的特性和應(yīng)用范圍。另外，通過在半導(dǎo)體內(nèi)添加Pt，Pd，Ir等貴金屬能有效地提高元件的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。它能降低被測氣體的化學(xué)吸附的活化能，因而可以提高其靈敏度和加快反應(yīng)速度。催化劑不同，導(dǎo)致有利于不同的吸附試樣，從而具有選擇性。例如各種貴金屬對(duì)Sn02基半導(dǎo)體氣敏材料摻雜，Pt，Pd，Au提高對(duì)CH4的靈敏度，Ir降低對(duì)CH4的靈敏度;Pt，Au提高對(duì)H2的靈敏度，而Pd降低對(duì)H2的靈敏度。利用薄膜技術(shù)、超粒子薄膜技術(shù)制造的金屬氧化物氣體傳感器具有靈敏度高（可達(dá)10-9級(jí)）、一致性好、小型化、易集成等特點(diǎn)。
非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場效應(yīng)管式（MOSFET）半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測氫和硅燒氣等可燃性氣體。其中，MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）與催化金屬（如鈕）接觸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到MOSFET的柵極，改變了器件的性能。通過分析器件性能的變化而識(shí)別VOC。通過改變催化金屬的種類和膜厚可優(yōu)化靈敏度和選擇性，并可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高，但制作工藝比較復(fù)雜，成本高。
2.2 電化學(xué)型氣體傳感器
電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來，又開發(fā)了檢測酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器。可控電位電解式傳感器是通過測量電解時(shí)流過的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測氣體的靈敏度高、選擇性好。
2.3 固體電解質(zhì)氣體傳感器
固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。20世紀(jì)70年代開始，固體電解質(zhì)氣體傳感器由于電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、礦業(yè)、汽車工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量大、應(yīng)用廣，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。近來國外有些學(xué)者把固體電解質(zhì)氣體傳感器分為下列三類：
1） 材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子相同的傳感器，例如氧氣傳感器等。
2） 材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子不相同的傳感器，例如用于測量氧氣的由固體電解質(zhì)SrF2H和Pt電極組成的氣體傳感器。
3） 材料中吸附待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器，例如新開發(fā)高質(zhì)量的C02固體電解質(zhì)氣體傳感器是由固體電解質(zhì)NASICON（Na3Zr2Si2P012）和輔助電極材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03，Li2C03- BaC03組成的。
目前新近開發(fā)的高質(zhì)量固體電解質(zhì)傳感器絕大多數(shù)屬于第三類。又如：用于測量N02的由固體電解質(zhì)NaSiCON和輔助電極N02- Li2C03制成的傳感器;用于測量H2S的由固體電解質(zhì)YST-Au-W03制成的傳感器;用于測量NH3的由固體電解質(zhì)NH4-Ca203制成的傳感器;用于測量N02的由固體電解質(zhì)Ag0.4Na7.6和電極Ag-Au制成的傳感器等。
2.4 接觸燃燒式氣體傳感器
接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料（如Pt電熱絲等）在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。這種傳感器對(duì)不燃燒氣體不敏感，例如在鉛絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即能檢測各種可燃?xì)怏w。這種傳感器有時(shí)稱之為熱導(dǎo)性傳感器，普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測和報(bào)警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測。
2.5 光學(xué)式氣體傳感器
光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。目前的最新動(dòng)向是研制開發(fā)了流體切換式、流程直接測定式和傅里葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測試分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能。光學(xué)式氣體傳感器還包括化學(xué)發(fā)光式、光纖熒光式和光纖波導(dǎo)式，其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、可靠性好。
光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有活性物質(zhì)的玻璃光纖。活性物質(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)VOC與熒光染料發(fā)生作用時(shí)，染料極性發(fā)生變化，使其熒光發(fā)射光譜發(fā)生位移。用光脈沖照射傳感器時(shí)，熒光染料會(huì)發(fā)射不同頻率的光，檢測熒光染料發(fā)射的光，可識(shí)別VOC。
2.6 高分子氣體傳感器
近年來，國外在高分子氣敏材料的研究和開發(fā)上有了很大的進(jìn)展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合等特點(diǎn)，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測具有重要作用。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種：
1） 高分子電阻式氣體傳感器
該類傳感器是通過測量高分子氣敏材料的電阻來測量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡單、成本低廉。但這種氣體傳感器要通過電聚合過程來激活，這既耗費(fèi)時(shí)間，又會(huì)引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。
2） 濃差電池式氣體傳感器
濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時(shí)形成濃差電池，測量輸出的電動(dòng)勢就可測量氣體體積分?jǐn)?shù)，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。
3） 聲表面波（SAW）式氣體傳感器SAW氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料表面上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過測量聲波的速度或頻率來測量氣體體積分?jǐn)?shù)。主要?dú)饷舨牧嫌芯郛惗∠⒎鄱嘣嫉龋脕頊y量苯乙烯和甲苯等有機(jī)蒸汽。其優(yōu)勢在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對(duì)濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。SAW傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，因此可簡便地與微處理器接口。此外，SAW傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測量成本。
4） 石英振子式氣體傳感器
石英振子微秤（QCM）由直徑為數(shù)微米的石英振動(dòng)盤和制作在盤兩邊的電極構(gòu)成。當(dāng)振蕩信號(hào)加在器件上時(shí)，器件會(huì)在它的特征頻率。~30MHz）發(fā)生共振。振動(dòng)盤上淀積了有機(jī)聚合物，聚合物吸附氣體后，使器件質(zhì)量增加，從而引起石英振子的共振頻率降低，通過測定共振頻率的變化來識(shí)別氣體。
高分子氣體傳感器，對(duì)特定氣體分子的靈敏度高、選擇性好，結(jié)構(gòu)簡單，可在常溫下使用，補(bǔ)充其他氣體傳感器的不足，發(fā)展前景良好。
3 加工技術(shù)
在傳感器技術(shù)里，氣敏元件的制造工藝很多，但針對(duì)氣體傳感器的特性、材料，主要采用微電子機(jī)械技術(shù)（MEMT）。
微電子機(jī)械技術(shù)是以微電子技術(shù)和微加工技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新技術(shù)，分為體微機(jī)械技術(shù)、表面微機(jī)械技術(shù)和X射線深層光刻電鑄成型（LIGA）技術(shù)。體微機(jī)械技術(shù)加工對(duì)象以體硅單晶為主，加工厚度幾十至數(shù)百微米，關(guān)鍵技術(shù)是腐蝕技術(shù)和鍵合技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工藝簡單，但可靠性差;表面微機(jī)械技術(shù)利用半導(dǎo)體工藝，如氧化、擴(kuò)散、光刻、薄膜沉積、犧牲層和剝離等專門技術(shù)進(jìn)行加工，厚度為幾微米，優(yōu)點(diǎn)是與IC工藝兼容性好，但縱向尺寸小，無法滿足高深寬比的要求，受高溫的影響較大;LIGA技術(shù)采用傳統(tǒng)的X射線包光，厚光刻膠作掩膜，電鑄成型工藝，加工厚度達(dá)到數(shù)微米至數(shù)十微米，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)精度很高的大批量生產(chǎn)。
微電子機(jī)械技術(shù)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。
4 發(fā)展方向
近年來，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，因此對(duì)氣體傳感器的研究和開發(fā)也越來越重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。深入研究和掌握有機(jī)、無機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。
4.1 新氣敏材料與制作工藝的研究開發(fā)
對(duì)氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料Zn0，SIlo2，F(xiàn)e203等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個(gè)方向：一是利用化學(xué)修飾改性方法，對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性;二是研制開發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)。
4.2 新型氣體傳感器的研制
沿用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料（硅、石英、陶瓷等），采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
4.3 氣體傳感器智能化
隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。
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。
氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器，它對(duì)于環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測現(xiàn)場溫度、濕度的變化很大， 又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對(duì)傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。所以對(duì)氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測報(bào)警氣體的允許濃度和其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的氣體濃度，能長期穩(wěn)定工作，重復(fù)性好，響應(yīng)速度快，共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。
[1]
中文名
氣敏傳感器
外文名
gas sensor
目 的
檢測氣體濃度和成分
領(lǐng) 域
硬件
目錄
1
概述
2
工作原理
3
分類
4
應(yīng)用
氣敏傳感器概述
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語音
氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R11、R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。
[1]
氣敏傳感器工作原理
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聲波器件表面的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值。
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氣敏傳感器分類
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1970年，荷蘭科學(xué)家Bergveld研制出了對(duì)氫離子響應(yīng)的離子敏感場效應(yīng)晶體管，標(biāo)志著離子敏半導(dǎo)體傳感器的誕生。半導(dǎo)體傳感器以其易于實(shí)現(xiàn)集成化，微型化、靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，一直引起世界各國科學(xué)家的重視和興趣。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以半導(dǎo)體傳感器為代表的各種固態(tài)傳感器相繼問世。這類傳感器主要是以半導(dǎo)體為敏感材料，在各種物理量的作用下引起半導(dǎo)體材料內(nèi)載流子濃度或分布的變化，通過檢測這些物理特性的變化，即可反映被測參數(shù)值。它與各種結(jié)構(gòu)型傳感器相比，具有如下特點(diǎn)：由于傳感器原理是基于物理變化的，因而沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，可以做到結(jié)構(gòu)簡單，微型化；靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好，輸出為電量；采用半導(dǎo)體為敏感材料容易實(shí)現(xiàn)傳感器集成化，智能化；功耗低，安全可靠。同時(shí)，半導(dǎo)體傳感器也存在以下一些缺點(diǎn)：線性范圍窄，在精度要求高的場合應(yīng)采用線性化補(bǔ)償電路；與所有半導(dǎo)體元件一樣，輸出特性易受溫度影響而漂移，所以應(yīng)采用補(bǔ)償措施；性能參數(shù)離散性大。雖然存在上述問題，但半導(dǎo)體傳感器仍是傳感器發(fā)展的重要方向，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器的技術(shù)也日臻完善。從所使用的材料來看，凡是使用半導(dǎo)體為材料的傳感器都屬于半導(dǎo)體式傳感器，如，霍爾元件、光敏、磁敏、二極管和三極管熱敏電阻、壓阻式傳感器、光電池、氣敏、濕敏、色敏和離子敏等傳感器。有些內(nèi)容與其他傳感器互相交叉，已在其它章中介紹。本章主要介紹氣敏、濕敏、磁敏、色敏和離子敏半導(dǎo)體式傳感器。
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氣敏傳感器應(yīng)用
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氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂勠11、R12蘺檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。 由于氣體種類繁多, 性質(zhì)各不相同不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體因此能實(shí)現(xiàn)氣-電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類。實(shí)際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器因此本文主要講述半導(dǎo)體氣敏元件的有關(guān)原理及應(yīng)用。半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來檢測氣體的。 按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型，前者半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子接受，結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化，但內(nèi)部化學(xué)組成不變，后者半導(dǎo)體與氣體的反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部組成發(fā)生變化而使電導(dǎo)率變化。 按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型，電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時(shí)，其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度廠半導(dǎo)體式氣敏元件則是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些關(guān)系特性發(fā)生改變無對(duì)氣體進(jìn)行直接或間接的檢測，如二極管伏安特性和場效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的。
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氣敏傳感器在電工電路中的控制關(guān)系
本期我們的主題是氣敏傳感器在電工電路中的控制關(guān)系。氣敏傳感器是一種將某種氣體的有無或濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，可檢測出環(huán)境中某種氣體及其濃度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主要用于可燃或有毒氣體泄漏的報(bào)警電路中。圖3-26為氣敏傳感器在實(shí)際電路中的連接關(guān)系。精彩演示圖3-26 氣敏傳...
2020-03-112
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參考資料
1.
祝詩平．傳感器與檢測技術(shù)：北京大學(xué)出版社，中國林業(yè)出版社，2006年：165
2.
Lang, M.A. (2001). DAN Nitrox Workshop Proceedings. Durham, NC: Divers alert Network. p. 197. Retrieved 2009-03-20.
氣敏傳感器的 特性：氣敏傳感器的應(yīng)用有哪些？
氣敏傳感器的工作原理及應(yīng)用
氣敏傳感器的工作原理 聲波器件表面的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué)作用或生物
2021-10-02 16:48:00
濕敏電阻式傳感器在汽車上的應(yīng)用
濕敏電阻式傳感器的應(yīng)用非常廣泛，光電開關(guān)傳感器、接近開關(guān)傳感器的下面介紹一種在汽車上的應(yīng)用。
2021-02-10 17:14:00
氣敏傳感器HQ-2構(gòu)成的煙霧報(bào)警電路
下圖是由氣敏傳感器HQ-2構(gòu)成的煙霧報(bào)警電路，適用于會(huì)議室、客廳等場所作為禁煙指示。
2020-10-03 17:49:00
磁敏式傳感器的原理及應(yīng)用
本文檔的主要內(nèi)容詳細(xì)介紹的是磁敏式傳感器的原理及應(yīng)用包括了：1.掌握傳感器工作原理及特性，2.掌握測量誤差及補(bǔ)償（霍爾元件），3.了解傳感器的應(yīng)用
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2021-03-27 11:39:07
氣敏傳感器等半導(dǎo)體傳感器的介紹
氣敏傳感器是用來檢測氣體類別、濃度和成分的傳感器。 由于氣體種類繁多， 性質(zhì)各不相同，不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體，因此，能實(shí)現(xiàn)氣-電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多，按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和
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2017-11-22 17:17:15
傳感器應(yīng)用實(shí)例--氣敏傳感器應(yīng)用電路實(shí)例
傳感器應(yīng)用實(shí)例--氣敏傳感器應(yīng)用電路實(shí)例
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CHNlyt 2016-12-11 23:15:05
氣敏傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣敏傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，感興趣的可以看看
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24不可說 2016-07-19 15:12:49
氣敏傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
氣敏傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告， 感興趣的可以看看。
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24不可說 2016-07-19 15:12:49
半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類和工作原理
半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)的變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度。
2020-08-05 15:12:25
傳感器常見的分類有哪些
電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
2020-07-31 17:49:55
迅速增長的MEMS傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用
執(zhí)行器、氣敏/濕敏/光敏傳感器、紅外成像傳感器等。僅應(yīng)用于智能手機(jī)中的MEMS器件產(chǎn)品已經(jīng)有十幾種，包括9軸慣性傳感器、MEMS麥克風(fēng)、RF MEMS、氣壓計(jì)、溫濕度傳感器、氣體傳感器、自動(dòng)對(duì)焦執(zhí)行器、光學(xué)MEMS等。未來還可能引入能量收集器、紅外成像傳感器、紫外傳感器、超聲波傳感器等。
2020-07-30 14:24:53
由氣敏傳感器構(gòu)成的煙霧報(bào)警器電路
氣敏傳感器是生活中很常見的一種檢測氣體的傳感器。比如現(xiàn)在的家用管道燃?xì)舛佳b有燃?xì)庑孤z測裝置，當(dāng)檢測到空氣中的燃?xì)庑孤舛冗_(dá)到一定值后，會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警提示，同時(shí)會(huì)控制電磁閥關(guān)閉燃?xì)忾y門，起到防止燃?xì)膺M(jìn)一步泄漏的目的。
2020-05-02 11:58:00
各種傳感器技術(shù)在疫情管控中的應(yīng)用解析
作為疫情各種數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)技術(shù)與核心部件，傳感器的關(guān)鍵作用無可比擬。其中聲敏、力敏、磁敏、氣敏、光敏、溫濕度、RFID射頻、介質(zhì)生物（試紙、酶電極）等八大敏感元器件及傳感器無一例外地應(yīng)用于各種防控措施和場景之中，有其不可替代性。
2020-04-05 17:13:00
如何對(duì)傳感器進(jìn)行分類
一、根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳感器等。
2020-03-08 17:04:00
氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)及原理
本文首先介紹了氣敏傳感器是什么以及氣敏傳感器的應(yīng)用，然后分析了氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和原理，最后說明了氣敏傳感器的特點(diǎn)。
2019-08-07 11:09:00
氣敏傳感器有哪些類型_氣敏傳感器分類
氣敏傳感器的種類較多，主要包括敏感氣體種類的氣敏傳感器、敏感氣體量的真空度氣敏傳感器，以及檢測氣體成分的氣體成分傳感器。前者主要有半導(dǎo)體氣敏傳感器和固體電解質(zhì)氣敏傳感器，后者主要有高頻成分傳感器和光學(xué)成分傳感器。由于半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、使用壽命長和成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用很廣。
2019-07-08 11:36:52
氣敏傳感器原理應(yīng)用
氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器，它對(duì)于環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。
2019-07-08 11:31:52
氣體傳感器的類型有哪些
氣體傳感器的種類很多，分類標(biāo)準(zhǔn)不一，根據(jù)傳感器的氣敏材料以及氣敏材料與氣體相互作用的機(jī)理和效應(yīng)不同主要可分為半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光學(xué)式氣體傳感器、石英振子式氣體傳感器、表面聲波氣體傳感器等形式。
2019-04-28 14:56:58
常見MEMS氣體傳感器有哪些類型
固體電解質(zhì)氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關(guān)系密切。傳統(tǒng)的燒結(jié)體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術(shù)制作的器件電機(jī)尺寸精度高，因而MEMS固體電解質(zhì)電流型氣敏傳感器性能優(yōu)異。
2018-12-11 15:03:18
傳感器有哪些類型
按用途分.壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。
2018-12-07 17:00:05
氣敏傳感器膠囊診斷腸道疾病的基準(zhǔn)—呼氣測試
維生素藥丸大小的膠囊，目前由Atmo Biosciences實(shí)現(xiàn)商業(yè)化針對(duì)突破性可口服傳感器的新試驗(yàn)表明，氣敏傳感器膠囊比現(xiàn)有用于診斷腸道疾病的技術(shù)精確3000倍。
2018-08-07 15:05:14
聲音傳感器有哪些_聲音傳感器的應(yīng)用
本文開始介紹了聲音傳感器概念和聲音傳感器的工作原理，其次闡述了聲音傳感器有哪些，最后介紹了聲音傳感器的使用及聲音傳感器在各方面的應(yīng)用。
2018-03-28 09:40:27
氣敏傳感器電路圖大全（六款氣敏傳感器電路設(shè)計(jì)原理圖詳解）
本文主要介紹了氣敏傳感器電路圖大全（六款氣敏傳感器電路設(shè)計(jì)原理圖詳解）。氣敏器件（又稱氣敏傳感器）是一種對(duì)環(huán)境氣氛中某些氧化性氣體、還原性氣體、有機(jī)溶劑蒸汽十分敏感的電子器件，被廣泛應(yīng)用于對(duì)可燃性
2018-03-01 11:49:10
深度解讀磁敏傳感器的應(yīng)用原理、特性
磁敏傳感器的應(yīng)用日益擴(kuò)大，地位越來越重要，按其結(jié)構(gòu)主要分為體型和結(jié)型兩大類。前者的代表有霍爾傳感器，后者的代表有磁敏二極管、磁敏晶體管等。他們都是利用半導(dǎo)體材料內(nèi)部的載流子隨磁場改變運(yùn)動(dòng)方向這一特性而制成的一種磁傳感器。另外還有利用電磁感應(yīng)原理制成的磁電式傳感器。
2018-01-30 15:40:00
什么是氣敏電阻_氣敏電阻工作原理_氣敏電阻的特性是什么
氣敏電阻是一種將檢測到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它是利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成的，主要成分是金屬氧化物。
2018-01-22 14:46:06
氣敏傳感器的分類與工作原理以及應(yīng)用詳解
氣敏傳感器是將氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活中，會(huì)接觸到各種各樣的氣體，需要進(jìn)行檢測和控制。
2017-06-07 08:38:13
氣敏電阻分類與組成材料詳解
前言：氣敏電阻是可以把某種氣體的成分，濃度等參數(shù)轉(zhuǎn) 換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換成電流，電壓信號(hào)的電阻，實(shí)際上可以說是氣敏傳感器。利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成，主要成分是金屬氧化物。
2017-06-05 08:59:37
氣敏傳感器是什么？氣敏傳感器的應(yīng)用與分類
氣敏傳感器可用于對(duì)氣體的定性或定量檢測。氣敏材料與氣體接觸后會(huì)發(fā)生化學(xué)或物理相互作用，導(dǎo)致其某些特性參數(shù)的改變，包括質(zhì)量，電參數(shù)，光學(xué)參數(shù)等。
2017-05-26 10:13:28
什么是力敏傳感器？力敏傳感器的工作原理，力敏傳感器有哪幾種
力敏傳感器是使用很廣泛的一種傳感器。它是生產(chǎn)過程中自動(dòng)化檢測的重要部件。它的種類很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式等，有經(jīng)彈性敏感元件轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。它主要用于兩個(gè)方面：測力和稱重。本章介紹電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式和壓電式傳感器。
2017-05-08 09:59:37
氣敏傳感器介紹及應(yīng)用，氣敏傳感器工作原理
氣敏器件（又稱氣敏傳感器）是一種對(duì)環(huán)境氣氛中某些氧化性氣體、還原性氣體、有機(jī)溶劑蒸汽十分敏感的電子器件，被廣泛應(yīng)用于對(duì)可燃性氣體和有毒性氣體的檢測、檢漏、報(bào)警和監(jiān)控等領(lǐng)域。氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。
2017-05-03 15:10:54
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氣敏傳感器的 特性：深度解析氣體傳感器的分類、特性及應(yīng)用
深入研究和掌握有機(jī)、無機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。
氣體傳感器的特性及分類
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氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系，尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。詳細(xì)閱讀>>
深度解析氣體傳感器的應(yīng)用場景
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作為一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，氣體傳感器在民用、工業(yè)、環(huán)境檢測等方面都有著廣泛的應(yīng)用。目前，民用領(lǐng)域是半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域。這主要是因?yàn)榘雽?dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器的價(jià)格便宜，性能也能滿足家庭報(bào)警器的要求。詳細(xì)閱讀>>
設(shè)計(jì)詳解：氣體傳感器PID恒溫控制電路
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氣敏芯體在半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器中是很敏感的，氣體傳感器還能利用化學(xué)反應(yīng)測量氣體濃度。本文要詳解的是氣體傳感器PID脈寬控制恒溫電路的設(shè)計(jì)過程。滿足了低功耗、高精度、高可靠性的特點(diǎn)。詳細(xì)閱讀>>
有毒氣體傳感器的研究設(shè)計(jì)
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本文描述一種使用電化學(xué)傳感器的便攜式一氧化碳（CO）探測器。一氧化碳的IDLH濃度遠(yuǎn)高于大多數(shù)其它有毒氣體，處理起來相對(duì)更安全。但一氧化碳仍然屬于致命性氣體，測試本文所述電路時(shí)應(yīng)極其小心并采取適當(dāng)?shù)耐L(fēng)措施。詳細(xì)閱讀>>
