02December20243.16氣敏傳感器3.16.1概述3.16.2半導體式氣敏電阻3.16.3熱導式氣敏傳感器3.16.4氣敏傳感器的應用實例02December20243.16.1概述氣敏傳感器利用了氣體的某些物理化學性質，將被測氣體的某些特定成分轉換成便于測量的電信號。氣敏傳感器具有測量范圍寬、精度高、靈敏度高、工作可靠、體積小、成本低等一系列優點。它的應用范圍已滲透到各個領域，見圖3-153。圖3-153氣敏傳感器的主要應用領域02December2024氣敏傳感器大致可分為物理性和化學性兩大類。物理性的氣敏傳感器是通過電流、電導率、光的折射等物理量的變化來實現氣體成分的測定的?；瘜W性氣敏傳感器是通過化學反應或電化學反應引起物理量的變化實現測量的。氣敏傳感器的種類繁多，就其檢測方法來分，計有：半導體式、光干涉式、紅外吸收式、熱導率式、氫焰離化式、隔膜離子電極式、定電位電解式和濃度差電池式等。在為數眾多的氣敏傳感器中，半導體式氣敏元件的發展最為迅速，因它便于與后繼的晶體管放大器集成化，故它的應用最為廣泛。由于篇幅所限，本節僅介紹半導體式和熱導式氣敏電阻及其應用。02December20243.16.2半導體式氣敏電阻工作原理氣敏電阻由非化學配比的金屬氧化物按一定的比例混合，并加入粘合劑成型和高溫燒結而成，其結構見圖3-154a。圖3-154氣敏電阻的結構及原理02December2024氣敏電阻還有薄膜型、厚膜型和場效應晶體管等。工作原理見圖3-154b，通電后，元件被加熱，阻值迅速下降，一般經2～10min后，阻值達穩定狀態，這一狀態稱為初始穩定狀態。到達初始穩定狀態時間的長短與環境條件有關。必須指出，使用元件時必須預熱，待元件達到初始穩定狀態時，才能開始測量。當被測氣體與加熱的氣敏電阻接觸時，首先氣體分子在其表面擴散，然后被氣敏電阻吸附。加熱電極的作用是提高氣敏電阻的吸附能力。氣敏電阻對被測氣體的吸附作用有兩種形式，一是以陰離子形式被吸附；二是以陽離子形式被吸附。半導體氣敏電阻的特性差別很大，單一種基質材料的半導體氣敏電阻不可能檢測所有氣體，只能選擇性地檢測某種特定性質地氣體。在選擇時，應引起注意。02December2024半導體氣敏電阻的測量電路圖3-155氣敏電阻的測量電路由前述可知，半導體氣敏電阻將被測氣體濃度的變化轉換成電阻值的變化，測量電路的作用是將電阻值的變化轉換成電壓或電流的變化。半導體氣敏電阻按其加熱方式有直熱式和旁熱式兩種。直熱式的加熱電極與信號檢測電極沒有隔離，會互相影響，應用獨立電源分別對加熱回路和信號檢測回路供電。旁熱式的加熱電極與信號檢測電極隔離，避免信號檢測回路與加熱回路之間的相互影響，是目前應用最廣泛的氣敏電阻。圖3-155示出了旁熱式氣敏電阻的測量電路。02December2024半導體氣敏電阻的主要特性參數固有電阻在常溫下，氣敏元件在潔凈的空氣中的電阻值稱為氣敏元件的固有電阻值。一般在數十到數百千歐范圍。靈敏度表征氣敏元件的靈敏度通常有下列幾個參數：電阻比靈敏度指元件的固有電阻與在規定氣體濃度下氣敏元件的電阻

之比。氣體分離度電壓靈敏度指氣敏元件在固有電阻值時的輸出電壓與在規定濃度下負載電阻的輸出電壓

之比。分辨率

指氣敏元件對被測氣體的識別以及對干擾氣體的抑制能力。時間常數

從氣敏元件與某一特定濃度的氣體接觸開始，直到元件的阻值達到此濃度下穩定阻值的63.2%為止，所需時間稱為元件在該濃度下的時間常數。恢復時間

由氣敏元件脫離某一濃度的氣體開始，到元件的阻值恢復到固有電阻的36.8%為止所需時間稱為恢復時間。02December20243.16.3熱導式氣敏傳感器見圖3-156。圖a為熱導式氣敏元件的結構。在小容器內繞有鉑絲，在鉑絲上燒結金屬氧化物作為敏感元件，被測氣體可進出小容器。熱導式氣敏傳感器廣泛應用于氣體的成分分析儀中。圖3-156熱導式氣敏傳感器a）結構

b）測量電路02December20243.16.4氣敏傳感器的應用實例油煙機自動起動及報警

本裝置（見圖3-157）利用對陽離子吸附作用的N型半導體氣敏元件作為敏感元件，對所有還原性氣體起敏感作用。檢測靈敏度高于0.1%。利用雙向晶體閘流管VT作為控制元件。本裝置除用于廚房抽油煙機外，還可用于公用場合（如舞廳、卡拉OK廳）、非易爆易燃場合的自動抽風、報警以及消防等。圖3-157抽油煙機自動起動及報警器02December2024防止司機酗酒開車控制器

酒后開車易出事故，為防止酒后開車，保障人民生命及財產安全，需安置防止酒后開車控制器，其原理見圖3-158。圖3-158防止酒后開車控制器02December2024便攜礦井瓦斯超限報警器

本裝置體積小，重量輕，電路簡單，工作可靠。其電子線路見圖3-159。圖3-159礦井瓦斯超限報警器02December2024空氣污染程度檢測儀

電路原