第11章 化學(xué)傳感器

第11章化學(xué)傳感器本章學(xué)習(xí)要求：1.了解氣敏傳感器的工作原理及工程應(yīng)用；2.了解濕敏傳感器的工作原理及工程應(yīng)用；3.了解離子敏傳感器的工作原理及工程應(yīng)用。傳感器與測(cè)試技術(shù)第11章化學(xué)傳感器11.1氣敏傳感器氣體檢測(cè)是保護(hù)和改善生態(tài)居住環(huán)境不可缺少手段。如生活環(huán)境中一氧化碳濃度達(dá)0.8～1.15ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟?。另外，易燃、易爆氣體、酒精等的探測(cè)，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。一氧化碳傳感器煙霧報(bào)警器酒精傳感器

11.1氣敏傳感器利用半導(dǎo)體氣敏材料（如氧化錫、氧化錳等），吸附被測(cè)氣體（氫氣、一氧化碳、甲烷、乙醇等）時(shí)，電阻率發(fā)生變化，從而使電阻值隨被測(cè)氣體濃度的改變而變化。

1.工作原理：氣敏效應(yīng)11.1.1電阻型氣敏器件2.氣敏器件電阻值與氣體濃度關(guān)系曲線

11.1.1電阻型氣敏器件11.1.2非電阻型氣敏器件1.工作原理利用金屬和半導(dǎo)體接觸的肖特基二極管伏安特性、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFFE）的閾值電壓等特性，研制成非電阻控制型半導(dǎo)體氣敏器件。

11.1氣敏傳感器2.肖特基二極管伏安特性與H2濃度的關(guān)系曲線

11.1.2非電阻型氣敏器件隨著H2濃度的增加，正向電流也急劇增加。因此在一定偏壓下由電流值可以確定H2的濃度。11.1.3氣敏傳感器的應(yīng)用當(dāng)室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度增大時(shí)，氣敏傳感器吸附可燃?xì)怏w使電阻值降低，檢測(cè)回路電流增加，直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BZ報(bào)警。

家用可燃?xì)怏w報(bào)警電路

11.1氣敏傳感器當(dāng)無(wú)瓦斯氣體時(shí)，氣敏傳感器電阻值較大，調(diào)節(jié)電位器Rp使輸出電壓小于0.7V，555集成器件的4腳被嵌位，振蕩器不工作。當(dāng)周圍空氣有瓦斯氣體時(shí)，氣敏傳感器電阻值降低，電位器輸出電壓增加，555集成器件的4腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器起振，揚(yáng)聲器報(bào)警。

小型煤礦瓦斯報(bào)警電路

11.1.3氣敏傳感器的應(yīng)用燃?xì)鈭?bào)警器煙霧報(bào)警器案例：

11.1.3氣敏傳感器的應(yīng)用案例：酒精傳感器

11.1.3氣敏傳感器的應(yīng)用11.2濕敏傳感器11.2.1絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度絕對(duì)濕度：——單位體積內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量相對(duì)濕度：

——待測(cè)空氣中水蒸氣氣壓與飽和水蒸氣氣壓的比值在實(shí)際生活中，如人體的感覺(jué)、植物的枯萎、水分蒸發(fā)的快慢等，并不用絕對(duì)濕度表示，而是用相對(duì)濕度來(lái)表示。

第11章化學(xué)傳感器11.2.2工作原理與特性曲線氯化鋰(LiCl)和半導(dǎo)體陶瓷(MgCr2O4-TiO2)等濕敏元件吸附水蒸氣時(shí)，電阻值隨相對(duì)濕度的改變而變化。

氯化鋰特性曲線MgCr2O4-TiO2特性曲線

11.2濕敏傳感器11.2.4濕敏傳感器的應(yīng)用若檢測(cè)出相對(duì)濕度≥65%RH，溫度≥55oC時(shí)，判斷為泄漏狀態(tài)，通過(guò)與門(mén)輸出。若檢測(cè)濕度變化率大于設(shè)定值時(shí)，也可判斷為泄漏狀態(tài)，通過(guò)或門(mén)輸出?；蜷T(mén)的輸入端只要有一端輸入為高電平，即可判斷有泄漏，并進(jìn)行聲光報(bào)警。

11.2濕敏傳感器微量蒸氣檢漏儀結(jié)構(gòu)框圖直流電源為發(fā)熱體提供所需功率，振蕩器為濕敏電阻Rs提供交流電源，固定電阻Rr與Rs構(gòu)成分壓電路。交/直流變換器將Rs與Rr的分壓信號(hào)變換為直流信號(hào)。線性化電路將信號(hào)進(jìn)行線性處理，使輸出信號(hào)與濕度成比例。A為比較器，濕度信號(hào)經(jīng)交/直流變換器、線性化電路處理后，與基準(zhǔn)電壓Ur進(jìn)行比較，其輸出信號(hào)控制被控系統(tǒng)。

11.2.4濕敏傳感器的應(yīng)用濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)11.3離子敏傳感器

11.3.1MOS場(chǎng)效應(yīng)管第11章化學(xué)傳感器漏電流的大小與閥值電壓有關(guān)，在和保持恒定的情況下，閾值電壓的變化將會(huì)引起漏電流的變化，利用此特性進(jìn)行離子濃度的檢測(cè)。11.3.2離子敏場(chǎng)效應(yīng)管

絕緣層與柵極之間沒(méi)有金屬柵極。當(dāng)敏感膜與被測(cè)溶液接觸時(shí)，由于氫離子的存在，在敏感膜與溶液界面上感應(yīng)出對(duì)離子敏感的界面電勢(shì)。該電勢(shì)控制溝道的導(dǎo)電性，使得漏電流發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)溶液中離子濃度的檢測(cè)。第11章化學(xué)傳感器小結(jié)化學(xué)傳感器實(shí)際上是各種不同的專用電極。廣泛用來(lái)作為易燃、易爆、有毒、有害氣體的檢測(cè)預(yù)報(bào)和自動(dòng)控制。

（1）電阻型和非電阻型氣敏器件的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理和應(yīng)用舉例；

（2）絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度的定義，