文档介绍：气体测量传感器
湿度传感器
项目7 化学物质的测量
【知识目标】
掌握气敏电阻和湿度传感器的基本工作原理,了解气体和湿度测控在相关领域的应用。
【能力目标】
学会识别气体和湿度检测元件,能解决简单气体和湿度检测问题。
气体测量传感器
*任务导入
一般家庭厨房烹调热源有煤气、天然气、石油液化气等,由于这些可燃气体的泄漏、点火失误等原因,造成爆炸、火灾和中毒死伤事故的数字十分惊人。为了保障生命财产安全,要对厨房可燃气体泄漏进行检测。厨房可燃气体怎样进行检测?
[基本知识与技能]
气体传感器的认识
气体传感器又叫气敏传感器,如图所示几种气体传感器外形,主要用来监测气体中的特定成分,并将其变成相应的电信号输出。
(a)酒精传感器(b)甲烷传感器(c)空气质量传感器(d)氧气浓度传感器
气体传感器外形
半导体气体传感器
气体传感器可分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、组合电位型传感器等多种类型,其中最常见的是半导体气体传感器。
目前半导体气敏传感器常用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制。
半导体气体传感器基本工作原理是利用半导体气敏元件同气体接触,造成半导体性质变化,来检测气体的成分或浓度。按照半导体与气体的相互作用是在其表面还是在其内部,可分为表面控制型和体控制型两种;按照半导体变化的物理性质,又可分为电阻型和非电阻型两种。
半导体气体传感器
1. 电阻型半导体气敏传感器
电阻型半导体气敏传感器简称气敏电阻,气敏电阻的材料是金属氧化物,在合成材料时,通过化学计量比的偏离和杂质缺陷制成,金属氧化物半导体分N型半导体,如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等,P型半导体,如氧化钴、氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度,合成材料有时还渗入了催化剂,如钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)等。
1. 电阻型半导体气敏传感器
金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中,空气中的氧和NO2这样的电子兼容性大的气体,接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷,结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少,使表面电导减小,从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧起反应,将被氧束缚的电子释放出来,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。
半导体气体传感器
1. 电阻型半导体气敏传感器
半导体气体传感器
气敏电阻元件种类很多,按制造工艺上分烧结型、薄膜型、厚膜型,如图所示。
(a)烧结型元件(b)薄膜型元件(c)厚膜型元件
气敏电阻
1. 电阻型半导体气敏传感器
半导体气体传感器
(1)烧结型气敏元件
烧结型气敏元件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。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。