第二章：第三节第二章：第三节 气敏电阻气敏电阻 气气敏敏电阻阻品品种种繁繁多多，主主要要有有可可测量量还原原性性气气体体和和测量测量氧氧气气浓度度的两大类的两大类。 使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换为电流、电压信号。再转换为电流、电压信号。 一、还原性气体传感器一、还原性气体传感器 所所谓谓还还原原性性气气体体就就是是在在化化学学反反应应中中能能给给出出电电子子，化化学学价价升升高高的的气气体体。还还原原性性气气体体多多数数属属于于可可燃燃性性气气体体，例例如如石石油油蒸蒸气气、酒酒精精蒸蒸气气、甲甲烷烷、乙乙烷烷、煤煤气气、天天然然气、氢气等。气、氢气等。 测量还原性气体的气敏电阻一般是用测量还原性气体的气敏电阻一般是用SnO2、ZnO或或Fe2O3等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂等金属氧化物粉料添加少量铂催化剂、激活剂及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。及其它添加剂，按一定比例烧结而成的半导体器件。 9/17/20241图图2-242-24 MQN MQN型气敏电阻结构及测量电路型气敏电阻结构及测量电路9/17/20242a a）气敏）气敏烧结体体 b b）气敏）气敏电阻外形阻外形 c c）基本）基本测量量转换电路路 11引脚引脚 2 2塑料底座塑料底座 3 3烧结体烧结体 4 4不锈钢网罩不锈钢网罩 55加热电极加热电极 6 6工作电极工作电极 7 7加热回路电源加热回路电源 88测量回路电源测量回路电源 MQN型型气气敏敏半半导导体体器器件件是是由由塑塑料料底底座座、电电极极引引线线、不不锈锈钢钢网网罩罩、气气敏敏烧烧结结体体以以及及包包裹裹在在烧烧结结体体中中的的两两组组铂铂丝丝组组成成。一一组组铂铂丝丝为为工工作作电电极极，另另一一组组（下下图图中中的的左边铂丝）为加热电极兼工作电极。左边铂丝）为加热电极兼工作电极。 气敏电阻工作时必须加热到气敏电阻工作时必须加热到200 300，其目的，其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁作用）。电阻表面的污物（起清洁作用）。 9/17/20243气敏电阻外形气敏电阻外形 酒精传感器酒精传感器 其他可燃性其他可燃性气体传感器气体传感器9/17/20244酒精测试仪酒精测试仪呼气管呼气管9/17/20245酒精传感器的选择性酒精传感器的选择性9/17/20246 气敏半导体的灵敏度特性曲线气敏半导体的灵敏度特性曲线 观察右图这观察右图这些曲线，有何特些曲线，有何特点？可以得出哪点？可以得出哪些启示？请说明些启示？请说明非线性特性对浓非线性特性对浓度超限报警是否度超限报警是否有利，为什么？有利，为什么？9/17/20247家庭用煤气报警器家庭用煤气报警器9/17/20248家庭用液化气家庭用液化气报警器报警器9/17/20249一氧化碳传感器一氧化碳传感器9/17/202410其他气体传感器其他气体传感器NH3传感器传感器甲烷传感器甲烷传感器9/17/202411二、二氧化钛氧浓度传感器二、二氧化钛氧浓度传感器图图2-262-26 TiOTiO2 2氧浓度传感器结构及测量转换电路氧浓度传感器结构及测量转换电路a a）结构）结构 b b）测量）测量转换电路转换电路 半导体材料二氧化钛（半导体材料二氧化钛（TiO2）属于）属于N型半导体，型半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。 9/17/202412二、二氧化钛氧浓度传感器二、二氧化钛氧浓度传感器 半导体材料二氧化钛（半导体材料二氧化钛（TiO2）属于）属于N型半导体，型半导体，对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的对氧气十分敏感。其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧氧气浓度。当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。 图图2-26是是用用于于汽汽车车或或燃燃烧烧炉炉排排放放气气体体中中的的氧氧浓浓度度传传感感器器结结构构图图及及测测量量转转换换电电路路。二二氧氧化化钛钛气气敏敏电电阻阻与与补补偿偿热热敏敏电电阻阻同同处处于于陶陶瓷瓷绝绝缘缘体体的的末末端端。当当氧氧气气含含量量减小时，减小时，RTiO2的阻值减小，的阻值减小，Uo增大。增大。 在图在图b中，与中，与TiO2气敏电阻串联的热敏电阻气敏电阻串联的热敏电阻Rt 起温起温度补偿作用。当环境温度升高时，度补偿作用。当环境温度升高时，TiO2气敏电阻的阻气敏电阻的阻值会逐渐减小，只要值会逐渐减小，只要Rt也以同样的比例减小，根据分也以同样的比例减小，根据分压比定律，压比定律，Uo不受温度影响，减小了测量误差。不受温度影响，减小了测量误差。 9/17/202413图图2-262-26 TiO TiO2 2氧浓度传感器结构及测量转换电路氧浓度传感器结构及测量转换电路a a）结构）结构 b b）测量转换电路）测量转换电路 1 1外壳（接地）外壳（接地）2 2安装螺栓安装螺栓 3 3搭铁线搭铁线4 4保护管保护管 55补偿电阻补偿电阻 6 6陶瓷片陶瓷片 7 7TiOTiO2 2氧敏电阻氧敏电阻 8 8进气口进气口 9 9引脚引脚 9/17/202414氧浓度传感器外形氧浓度传感器外形 可用于汽车可用于汽车尾气测量尾气测量9/17/202415汽车尾气分析汽车尾气分析9/17/202416有毒气体传感器的使用有毒气体传感器的使用9/17/202417第四节第四节 湿敏电阻传感器湿敏电阻传感器 绝对湿度：是湿度：是指指大气中水汽的密度，即每大气中水汽的密度，即每一立方米大气中所含水汽的一立方米大气中所含水汽的质量量( (克数克数) )。 相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温相对湿度：是大气中实有水汽压与当时温度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用度下饱和水汽压的百分比，是日常生活中常用来表示湿度大小的方法。当相对湿度达来表示湿度大小的方法。当相对湿度达100%100%时，时，称饱和状态。称饱和状态。 湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解湿敏电阻的原理：水是一种强极性的电解质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体质。水分子极易吸附于固体表面并渗透到固体内部，引起半导体的电阻值降低，因此可以利内部，引起半导体的电阻值降低，因此可以利用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏用多孔陶瓷、三氧化二铝等吸湿材料制作湿敏电阻。电阻。 9/17/202418湿度传感器的分类湿度传感器的分类 9/17/202419水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害水蒸气的凝结将给仪器设备带来各种危害 9/17/202420湿度对电子元件的影响湿度对电子元件的影响 当环境的相对湿度增大时，物体表面就当环境的相对湿度增大时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅会附着一层水膜，并渗入材料内部。这不仅降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短降低了绝缘强度，还会造成漏电、击穿和短路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引路现象；潮湿还会加速金属材料的腐蚀并引起有机材料的霉烂。起有机材料的霉烂。9/17/202421露点露点 降低温度降低温度会产生结露现会产生结露现象。露点与农象。露点与农作物的生长有作物的生长有很大关系，结很大关系，结露也严重影响露也严重影响电子仪器的正电子仪器的正常工作，必须常工作，必须予以注意。予以注意。 测量露点的仪器测量露点的仪器9/17/202422露点传感器外形露点传感器外形 9/17/202423电子电子湿度计模块湿度计模块封装后封装后的外形的外形9/17/202424电子式电子式温湿度计温湿度计9/17/202425机械机械式、式、电子式电子式温湿度计对比温湿度计对比9/17/202426陶瓷湿度传感器特性曲线陶瓷湿度传感器特性曲线 在右图所在右图所示的陶瓷湿度示的陶瓷湿度传感器特性曲传感器特性曲线中，纵坐标线中，纵坐标的标度有何特的标度有何特点？点？ 其电阻率其电阻率变化约有多少变化约有多少个数量级？个数量级？ 9/17/202427电子相对湿度仪表的标定仪器电子相对湿度仪表的标定仪器 干湿球湿度计外形及原理干湿球湿度计外形及原理干球干球湿球湿球9/17/202428 用干湿球湿度计测量相对湿度的原理用干湿球湿度计测量相对湿度的原理 上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿上页中，左边的玻璃温度计（湿球）用湿棉球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份棉球包裹，并浸没在水槽里。湿棉球由于水份蒸发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值蒸发，所以其温度低于室温，致使湿球的示值低于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相低于干球。查对应的湿度表就可知道空气的相对湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现对湿度。虽然干湿球湿度计的历史悠久，但现在还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪在还经常用它作为电子相对湿度仪表的标定仪器。器。风风水槽水槽棉球棉球玻璃酒精玻璃酒精温度计温度计9/17/202429第第 三三 节作业节作业P38，11、12（本章作业共（本章作业共6道题）道题）9/17/202430休休 息息 一一 下下9/17/202431