1. 本理论适用于钙钛矿型原子
体控制复合氧化物；
2. 用ABO3一般式来表示钛矿
型氧化物，其导电过程是通 过B元素与氧组成的三维网 孔状结构进行的；
3. 氧的解离作用可以把网状构
造的某一部分切断，一旦发 生这种现象，复合氧化物的 电阻值将显著增加。
EXIT 《传感器原理及应用》
Ba Ti
BaTiO3的晶体结构示意图
以固定电位电解式为代表 （极谱式，原电池式）
物理科学与技术学院 王殿生 制作
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半导体气敏传感器分类:
按构成气敏传感器材料可分为：
按半导体与气体相互作用时
半导体和非半导体两大类。
产生的变化只限于半导体表面或
目前半导体气敏传感器实际使用 最多。
深入到半导体内部可分为： 表面控制型和体控制型。
表面控制型：半导体表面吸
附气体与半导体间发生电子接受，
半导体气敏传感器:
结果使半导体的电导率等物理性
利用待测气体与半导体表面接触 时产生的电导率等物理性质变化来检 测气体。
质发生变化，但内部化学组成不 变。
体控制型：半导体与气体的 反应，半导体内部组成发生变化，
导致电导率等参量变化。
EXIT 《传感器原理及应用》
物理科学与技术学院 王殿生 制作
半导体气敏传感器分类: 按照半导体变化的物理特性又 可分为：电阻型和非电阻型。
电阻型：通过半导体敏感材料 接触气体时阻值变化来检测气体的 成分或浓度。
非电阻型：通过半导体气敏元 件的其它参数变化来检测被测气体， 如二极管伏安特性和场效应晶体管 的阈值电压变化。
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物理科学与技术学院 王殿生 制作
EXIT 《传感器原理及应用》
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第五章 气体/湿度传感器
气体传感器 环境领域
大气环境
微环境
➢发生源控制
➢VOCs监测
工作环境苛刻
高灵敏度
NOx,SOx,HC,CO ➢大气环境监测
(数十ppb) 高选择性
高灵敏度
甲醛,苯,甲苯,
(数十ppb) EXIT 《传感器原理及应用》
①环境标准 ②室内健康基准 ③恶臭限制法律 ④工作环境法 物⑤理室王科内殿学环生与境技制指术作学针院
第五章 气体/湿度传感器
一、气体传感器的定义和种类
1. 气体传感器概念 气体传感器是指能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的 电量输出的装置或器件。Leabharlann EXIT 《传感器原理及应用》
物理科学与技1术0 学院 王殿生 制作
EXIT 《传感器原理及应用》
物理科学与技1术4 学院 王殿生 制作
二、 气敏机理
目前为大家所认可的气敏机理有：
1. 整体原子价控制理论 2. 能级生成理论 3. 表面电荷层理论 4. 接触粒界势垒理论
EXIT 《传感器原理及应用》
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1. 整体原子价控制理论(气敏机理之一)
向串接的双电桥电路，电桥输出电压 感压膜 与柱式容器内感压膜上面溶液的重量
成线性关系。因此可测量容器内储存
的溶液重量。
EXIT 《传感器原理及应用》
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§4.5 应变式传感器的应用
桥梁固有频率测量
EXIT 《传感器原理及应用》
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§4.5 应变式传感器的应用
二甲苯等物理科学与技术学院 王殿生 制作
气体传感器的应用领域
气体传感器 安全领域
工业安全
家庭安全
➢煤矿安全
➢煤气泄漏、
高可靠、低价格 ➢不完全燃烧
CH4、CO ➢化工、半导体
高可靠 低功耗
高灵敏度
低价格
高选择性等 甲烷,异丁烷，CO EXIT 《传感器原理及应用》
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气体传感器的应用领域
机器人握力测量
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§4.5 应变式传感器的应用
扭矩测量
应变式数显扭矩扳手 EXIT 《传感器原理及应用》
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§4.5 应变式传感器的应用
振动式地音入侵探测器
金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏 行为均可及时发现。
3. 与此相反，若n型半导体吸附氧化性气体时，气体以
负离子形式吸着，而将空穴给予半导体，使导带电子
数目EX减IT 《少传，感而器使原元理件及应电用阻》值增加。
再进一步划分可如图所示：
接触燃烧式
2. 气体传感器的分类
半
半导体陶瓷型
导
厚膜型
从结构上可分为两大类体 ： 薄膜和超微粒子膜
式 干
a. 干式式 ：敏感材料为固固体体电介质式
（ZrO2—C2O)
b. 湿式：敏感材料为水溶液或电解液
气敏元件
红外线吸收式
导热率变化式（热线，热敏电阻）
湿
EXIT 《传感器式 原理及应用》
气体传感器在其他领域的应用
➢食品的质量(鲜度)评价
水产品、水果、酒类等
➢疾病诊断
早期癌症诊断、呼吸道疾病、
口腔疾病
➢ 高效农业
二氧化碳、湿度等
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主要污染物浓度检测范围
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N. Yamazoe / Sensors and Actuators B 108 (2005) 2–14
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2. 能级生成理论(气敏机理之二)
1. 以SnO2、ZnO等半导体传感器的n型半导体为例讨论 这种理论；
2. n型半导体吸附还原性气体时，还原性气体将电子交 给半导体，而以正电荷与半导体相吸着，进入n型半 导体内的电子，束缚其少数载流子的空穴，使空穴与 导带上参与导电的自由电子复合几率减少，这实际上 是加强了导电能力，因而减少了元件的电阻值。
§4.5 应变式传感器的应用
三、应变式容器内液体重量传感器
插入式测量容器内液体重量的传 感器有一根传压杆，上端安装微压传 感器，为了提高灵敏度，共安装了两 只。下端安装感压膜，感压膜感受上
电阻应变片 （反、正两面共4片）
微压 传感器
面液体的压力。当容器中溶液增多时，
感压膜感受的压力就增大。
传压杆
两个微压传感器的电桥，接成正
3. 气体传感器必须满足的条件
(1) 对于气体的敏感现象是可逆的； (2)能够检测爆炸气体的允许浓度、有害气体的允
许浓度相其它基准设定浓度； (3)对被测气体以外的共存气体或物质不敏感； (4)性能长期稳定性好； (5)响应迅速，重复性好； (6)对于周围环境（温度、湿度）依赖性小 (7)维护方便，价格便宜等。