氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如 图9 - 1（b）所示。
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图9 - 2所示, 1和2是加热电பைடு நூலகம், 3和4是气敏电阻的一对 电极。
气敏元件的基本测量电路, 如图9 - 1（a）所示, 图 中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值 的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压） 由电阻Ro上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓 度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏 并报警等。
气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材
料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性 (例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价 控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。
（4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气 敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的 阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为 气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。
（5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工
二、半导体气敏元件的特性参 （1）气敏元件的电阻值
将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏 元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ｒａ。一般其固有电阻值在 (103～105)Ω范围。 测定固有电阻值Ｒａ时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经 济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即 使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测 定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环 境中进行测量。
气敏传感器
气敏传感器
用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天 然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气 体的监测、预报和自动控制, 气敏元件是以化学物质的成分 为检测参数的化学敏感元件。
一、 气敏电阻的工作原理
气敏电阻的材料是金属氧化物, 在合成材料时, 通过化学 计量比的偏离和杂质缺陷制成, 金属氧化物半导体分N型半导 体, 如氧化锡、氧化铁、氧化锌、氧化钨等,P型半导体, 如氧 化钴、 氧化铅、氧化铜、氧化镍等。为了提高某种气敏元件 对某些气体成分的选择性和灵敏度, 合成材料有时还渗入了 催化剂, 如钯（Pd）、铂（Pt）、银（Ag）等。
表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制 能力。气敏元件分辨率S表示为
S Vg Vg Va Vgi Vgi Va
Va—气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压； Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压 Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压
三、 气敏传感器的分类
气敏电阻元件种类很多, 按制造工艺上分 烧结型、薄膜型、厚膜型。
（1） 烧结型气敏元件将元件的电极和加热 器均埋在金属氧化物气敏材料中, 经加热成型后 低温烧结而成。 目前最常用的是氧化锡（SnO2） 烧结型气敏元件, 它的加热温度较低, 一般在 200~300℃, SnO2气敏半导体对许多可燃性气 体, 如氢、 一氧化碳、 甲烷、丙烷、乙醇等都 有较高的灵敏度。
（2）气敏元件的灵敏度 是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏 感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度 之间的依从关系。表示方法有三种
（a）电阻比灵敏度K
K Ra Rg
Ra—气敏元件在洁净空气中的电阻值； Rg—气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值
（b）气体分离度
作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用
RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大
于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率， 用ＰＨ表示。一般在(0.5～2.0)W范围。
（6）气敏元件的恢复时间 表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元 件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值
该类气敏元件通常工作在高温状态（200~450℃）, 目的 是为了加速上述的氧化还原反应。
例如, 用氧化锡制成的气敏元件, 在常温下吸附某种气 体后, 其电导率变化不大, 若保持这种气体浓度不变, 该器件 的电导率随器件本身温度的升高而增加, 尤其在100~300℃ 范围内电导率变化很大。显然, 半导体电导率的增加是由于 多数载流子浓度增加的结果。
的63％时所需时间。
（7）初期稳定时间
长期在非工作状态下存放的气敏元件,因表面吸附空 气中的水分或者其他气体,导致其表面状态的变化，在加 上电负荷后,随着元件温度的升高,发生解吸现象。因此, 使气敏元件恢复正常工作状态,需要一定的时间,称为气 敏元件的初期稳定时间。一般电阻型气敏元件,在刚通电 的瞬间,其电阻值将下降,然后再上升,最后达到稳定。由 开始通电直到气敏元件阻值到达稳定所需时间,称为初期 稳定时间。初期稳定时间是敏感元件存放时间和环境状 态的函数。存放时间越长,其初期稳定时间也越长。在一 般条件下,气敏元件存放两周以后,其初期稳定时间即可 达最大值。
RC1
RC2
RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值：
RＣ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1＞C2。
（c）输出电压比灵敏度KV
KV
Va Vg
Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；
Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出
（3）气敏元件的分辨率