文档介绍：郑州炜盛电子科技有限公司 1 半导体气体传感器半导体气体传感器半导体气体传感器半导体气体传感器通用说明书通用说明书通用说明书通用说明书工作原理 MQ 系列气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体, 最常用的如 SnO2 。金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时,氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面,半导体表面的电子会被转移到吸附氧上,氧原子就变成了氧负离子, 同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层,导致表面势垒升高,从而阻碍电子流动(见图 1 )。在敏感材料内部,自由电子必须穿过金属氧化物半导体微晶粒的结合部位(晶界)才能形成电流。由氧吸附产生的势垒同样存在于晶界而阻碍电子的自由流动,传感器的电阻即缘于这种势垒。在工作条件下当传感器遇到还原性气体时,氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低,势垒随之降低(图 2 和图 3 )。导致传感器的阻值减小。在给定的工作条件下和适当的气体浓度范围内,传感器的电阻值和还原性气体浓度之间的关系可近似由下面方程表示: 其中: Rs :传感器电阻 A :常数[C]: 气体浓度α:Rs 曲线的斜率传感器特性 1 氧气分压的影响图 4 所示为大气中氧分压( PO2 )和 MQ 气体传感器在清洁空气中阻值之间的典型关系。 2 气敏特性根据前述方程,在某一气体浓度范围内(从几十 p pm 至几千 ppm ),在工作条件下,传感器的电阻同气体浓度呈对数线性关系。如图 5 所示。传感器对多种还原气体具有敏感性,对指定气体的相对灵敏度,取决于敏感材料的构成及其工作温度。图 1- 晶粒间势垒模型(洁净空气) 郑州炜盛电子科技有限公司 2 实际上,每个传感器的电阻值和相对灵敏度都不完全相同,图 5 中描述的敏感特性为传感器在不同气体浓度下的阻值(Rs) 与待检测气体的一定浓度下的阻值(R0) 的比值与浓度的对数关系。 3 传感器响应特性在工作条件下传感器先被放入还原性气体中,其电阻急剧下降,待其稳定后,再将其置入洁净空气中, 传感器的电阻经过很短的时间即恢复到它的初始值。这个过程中传感器典型的动作如图 6 所示。传感器的响应速度和恢复速度与传感器型号、材料种类及所测气体的种类相关。 4 初始动作如图 7 所示,当传感器不通电存放后,再在空气中通电,无论是否存在还原性气体,传感器通电后的最初几秒钟,其阻值都会( Rs )急剧下降,然后逐渐达到一个平稳的水平,即为传感器的初始动作。初始动作时间的长短取决于传感器储存期间的气氛条件、储存时间长短,并因传感器型号而异, 也与通电后传感器周围的氛围有关。通电后传感器的初始动作会引起报警(参照 4-6 节),因此在设计电路时要予以充分考虑。 5 温、湿度影响 MQ 传感器的检测原理是基于气体在传感器表面的化学吸附、反应与脱附。环境温度的变化会改变化学反应速度,从而影响传感器的敏感特性。此外, 水蒸气会吸附在传感器表面,湿度将会引起 Rs 的降低。如图 8 所示。精确使用 MQ 传感器时应考虑温、湿度的影响。 6 长期稳定性 MQ 系列传感器的长期稳定性典型数据如图 9 所示。通常情况下, MQ 传感器表现出稳定的经时特性, 适用于免维护应用的场合。 7 加热器电压的影响在设计传感器的加热器时,充分考虑了在给定的恒定加热电压下,气体传感器表现出最佳的敏感特性。灵敏度随加热电