第9章 气、湿敏传感器.doc

感测技术讲义
第 9章 气、湿敏传感器

9.1 气敏（Gas Sensitive）传感器
1. 定义：用来测量气体的类别、浓度和成分。

电信号
非电信号（气体）
气敏传感器

2. 用途：用作可燃性气体、有毒气体的泄漏报警、环境检测。

3. 分类：半导体气敏传感器（使用最多）、非半导体气敏传感器

9.1.1 半导体气敏传感器

1. 定义：利用半导体材料与气体相接触时，其阻值（或功函数）的改变来检测气体的成分或浓度。
SnO2（氧化锡）敏感材料（60年代研制）：是目前应用最多的一种气敏材料。

2. 分类：电阻型半导体气敏元件、非电阻型半导体气敏元件

（1） 电阻型半导体气敏传感器
利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化制成的传感器。
主要用于检测可燃性气体，具有灵敏度高、响应快等优点。

气敏传感器的组成： 气敏元件、加热器、封装体

气敏元件分烧结型气敏器件、薄膜器件、厚膜型器件

烧结型气敏器件：

加热器的作用：
将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，提高其灵敏度和响应速度。

气敏器件的基本特性：

Rc—气敏元件的阻值；
C—空气中被测气体的浓度；
n—与气体检测灵敏度有关，除了随材料和气体种类不同而变化外，还会由于测量温度和添加剂的不同而发生大幅度变化；
m—为气体的分离度，随气体浓度变化而变化，对可燃性气体，。

（2）非电阻型半导体气敏传感器

利用半导体对气体的吸附和反应，使其某些有关特性变化对气体进行直接或间接检测。
(a) FET型场效应晶体管气敏传感器
(b) MOS二极管气敏传感器

9. 2 湿敏传感器(Humidity Sensitive Sensor)
9.2.1 湿度的定义

1. 定义：湿度是指空气中含有水蒸气的量。（含有水蒸气的空气是一种混合气体）

2. 水蒸气百分含量法（质量百分比、体积百分比）
质量百分比= (m—水蒸气的质量，M—混合气体的质量)

体积百分比= （v—水蒸气的体积，V—混合气体的体积）

3. 相对湿度（Relative Humidity）和绝对湿度（Absolute Humidity）

（1）相对湿度（反映了大气的潮湿程度）

e—水蒸气压，是指在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气压；
es—饱和水蒸气压，是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值。

（2）绝对湿度（又称水气浓度或水气密度）

表示在单位体积空气中所含水蒸气的质量。

9.2.2 湿敏传感器的主要参数

1. 湿度量程
是湿敏传感器技术规范中所规定的感湿范围。

2. 湿敏传感器的特性
描述湿敏传感器的输出（感湿特征量（电阻或电容，用电阻较多））与被测湿度（RH%）之间的关系。
阻湿特性： RH=f（湿度RH%）
半导体陶瓷湿敏元件:
正特性湿敏半导体陶瓷：，如Fe3O4
负特性湿敏半导体陶瓷：

3. 感湿灵敏度（又称湿度系数）
定义：在某一相对湿度范围内，相对湿度（RH）改变1%时，湿度传感器电参量的变化值。

4. 感湿温度系数
定义：是指环境温度每变化10C时，所引起的湿度传感器的湿度误差。

9.2.3湿敏传感器的测量电路

振荡器
电桥
放大器
桥式整流
仪表
直流电源9V
湿度传感器

9.3气、湿敏传感器应用举例（P228）

1．SnO2气敏传感器的自动吸排油烟机
2．便携式缺氧监视器
3．SMC-2型湿度传感器及其测量电路
4．自动去湿器
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