《传感器技术及应用》项目四气体成分及湿度的测量.ppt

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项目四 气体成分及湿度的测量
任务一 使用气敏传感器检测气体
用数字万用表检测气敏传感器QM-3
采用如图所示简单电路就可以了解气敏传感器的特性，电路使用QM-3型气敏传感器，用数字万用表显示测量数据，可以检查器件的好坏。当电源开关S断开时，传感器没有驱动电流（加热电流），A、B之间电阻大于20MΩ。当接通开关S时，器件内的微加热丝f-f得电发热。此时若将内盛酒精的小瓶瓶口靠近传感器，~1MΩ。移开小瓶等待20~40s之后，A、B间电阻又恢复至大于20MΩ的状态。以上反应可以重复实验，但需注意要使空气恢复到洁净状态。
一、了解气敏传感器
任务一 使用气敏传感器检测气体
气敏传感器是一种能将气体中的特定成分（浓度）检测出来，并将其转换成电信号的器件。气敏传感器一般用于环境监测和工业过程检测，前者包括有毒有害气体检测、容器管道检测等；后者包括锅炉及汽车的燃料燃烧监控、化工等自动控制检测。
气敏传感器主要有半导体式和接触燃烧式两种。半导体式气敏传感器多由金属氧化物半导体材料制成，如SnO2系列、ZnO系列等。传感器制作时添加物不同，能检测的气体也不同。半导体式气敏传感器适用于检测低浓度的可燃和有毒气体，如CO、H2S、CH4、C4H10等。接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测。
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任务一 使用气敏传感器检测气体
一、了解气敏传感器
（1）半导体气敏传感器
半导体气敏传感器如图所示，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的气体传感器。半导体气敏传感器大体可分为电阻式和非电阻式两大类。
任务一 使用气敏传感器检测气体
（1）半导体气敏传感器
一、了解气敏传感器
半导体气敏传感器的分类及特性
任务一 使用气敏传感器检测气体
一、了解气敏传感器
（2）接触燃烧式气敏传感器
接触燃烧式气敏传感器如图所示，是将铂等金属线圈埋设在氧化催化剂中构成，使用时对金属线圈通以电流，使之保持在300~600℃的高温状态，同时将元件接入电桥电路中的一个桥臂，调节桥路使其平衡。一旦有可燃性气体与传感器表面接触，燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。其输出的不平衡电流或电压与可燃性气体浓度成比例，检测出这种电流和电压即可测得可燃气体的浓度。
任务一 使用气敏传感器检测气体
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一、了解气敏传感器
可燃气体的基本特性
任务一 使用气敏传感器检测气体
二、常用电阻式半导体气敏传感器结构
电阻式半导体气敏传感器可分为表面电阻型和体电阻型两大系列，它有三种结构类型：烧结型、薄膜型及厚膜型。
烧结型传感器分为内热式和旁热式两种，如图所示。它一般用于还原性气体、可燃性气体和液化气体的检测。
任务一 使用气敏传感器检测气体
薄膜型气敏传感器是在绝缘衬底（如石英晶片）上，蒸发或溅射上一块氧化物半导体薄膜（厚度为数微米），其结构如图所示。该结构的气敏传感器特点是：机械强度高、成本低，但是器件的性能与工艺和薄膜的物理化学状态有关，器件之间的一致性差。
二、常用电阻式半导体气敏传感器结构
任务一 使用气敏传感器检测气体
二、常用电阻式半导体气敏传感器结构
厚膜型气敏传感器是将半导体氧化粉末、添加剂、粘合剂和载体混合，配成浆料，然后用丝网印刷的方法将浆料印到基片上，形成厚度为数微米到数十微米的厚膜，经400~800℃温度烧结一小时而成，如图所示。