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第8章
气体传感器
第8章
8.1 8.2 8.3
气体传感器
概述
气体传感器主要参数与特性
半导体气体传感器 固态电解质气体传感器
8.4
8.5 8.6 8.7
接触燃烧式气体传感器
新型气体传感器 气体传感器的应用
8.1
概述
表 8-1 主要类型的气体传感器
8.2
气体传感器主要参数与特性
灵敏度 响应时间 选择性 稳定性 温度特性 湿度特性 电源电压特性 气体浓度特性 初始稳定、气敏响应和恢复特性
SnO2系气敏元件

烧结型SnO2气敏元件
– a.直热式SnO2气敏元件
（a）直热式结构 （b）符号 图 8-3 直热式气敏器件结构及符号
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– b.旁热式SnO2气敏元件
（a）旁热式结构 （b）符号 图 8-4 旁热式气敏器件结构及符号
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
图 8-22 α—Fe2O3气敏元件对H2、 CO及C2H5OH的灵敏度特性
图 8-23 α—Fe2O3气敏元件 的温度特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
TiO2、Nb2O5氧敏元件
图 8-24 温度补偿原理图
8.3.3
灵敏度特性
体电阻控制型气体传感器
图 8-25 TiO2氧敏元件400℃时电阻（R）与空 气过剩（λ）的关系
图 8-34 MOS二极管的C-V特性
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
Schottky二极管 异质结H2S传感器
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
MOSFET型气敏元件
工作原理
图 8-35 增强型MDSPET结 构示意图
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
8.7
自动换气扇
气体传感器的应用
图 8-55自动换气扇电路原理图
8.7
自动抽油烟机
气体传感器的应用
图 8-56气敏监控电路原理图
8.7
酒精检测报警器
气体传感器的应用
图 8-57 酒精检测报警控制器电 路原理图
8.7
缺氧检测
气体传感器的应用
图 8-58 便携式缺氧监视器电路
Pd—MOSFET氢敏元件
图 8-36 Pd—MOSFET和普 通MOSFET结构 S-源极 G-栅极 D-漏极
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
其他结型气体传感器
氨敏元件 CO气敏元件、 H2S气敏元件 孔栅Pd—MOSFET
图 8-37 “孔栅”MOS结构
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– e.超微粒薄膜SnO2气敏元件
图 8-10 超微粒SnO2薄 膜气敏元件结构
图 8-11 超微粒薄膜SnO2 气敏元件温度特性
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
ZnO系气敏元件
• 1.烧结型ZnO气敏元件
图 8-12 催化剂对ZnO气敏特性的影响
8.3.2
表 8-4
表面电阻控制型气体传感器
催化剂ZnO对灵敏度的影响
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
• 2.薄膜型ZnO气敏元件
图 8-13 ZnO薄膜气敏元件结构示意图
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
• 3.多层式ZnO气敏元件
图 8-14 ZnO铂铱复合型传感器结构图
8.3.2
•
表面电阻控制型气体传感器
8.3.3
静态特性
体电阻控制型气体传感器
图 8-26 电阻、电压与空气过剩率的 静态关系
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
动态响应特性
图 8-27 动态响应特性
8.3.3
其它气敏元件
体电阻控制型气体传感器
多层薄膜气敏传感器 混合厚膜型气敏传感器 复合氧化物气敏传感器
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
8.3 半导体气体传感器
1
电阻型半导体气敏元件 表面电阻控制型气体传感器
2
3 4
体电阻控制型气体传感器
半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器 其它结型气体传感器
6
8.3.1 电阻型半导体气体传感器
图 8-1
n型半导体吸附气体时的器件阻值变化
8.3.2
工作原理 结构形式
•
表面电阻控制型气体传感器
”
图 8-38 PdO-Pd双层“孔栅 结构剖面
8.4 固态电解质气体传感器
浓差电池式ZrO2氧传感器
构及原理图
8.4 固态电解质气体传感器
图 8-41 E-PR曲线
8.4 固态电解质气体传感器
实用浓差电池ZrO2氧传感器
图 8-42 浓差电池ZrO2 氧传感器的结构
图 8-51 热导率气敏元件测量 电路原理图
8.6 新型气体传感器
气敏半导体材料吸附机理及器件
图 8-52 SAW气敏传感器原理
8.6 新型气体传感器
气一磁传感器
图 8-53 气-磁传感器结构图
8.7
气体传感器的应用
家用煤气、液化石油气泄漏报警器
图 8-54 家用煤气、液化石油气 报警器电路
气敏二极管
金属／半导体结型二极管传感器
• Pd—TiO2结型气敏传感器
图 8-30 Pd/TiO2结型气敏传感器
图 8-31 Pd/TiO2结型气敏传 感器电压电流曲线（25℃ ）
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
MOS二极管气敏元件
图 8-33 Pd-MOS二极管敏感元件
– c.厚膜型SnO2气敏元件
图 8-5 厚膜型SnO2气敏元件结构示意图
图 8-6 SnO2厚膜气敏传感器特性
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– d.薄膜型SnO2气敏元件
图 8-7 薄膜气敏传感器 结构
图8-8 SnO2薄膜气敏传 感器的灵敏度特性图
图 8-9 SnO2薄膜气敏传 感器对CO和 C2H5OH的灵敏度特 性
图 8-43 浓差电池ZrO2氧传感 器的输出特性
8.4 固态电解质气体传感器
极限电流式ZrO2氧传感器
图 8-44 极限电流式ZrO2氧传感器原理图与特性
8.4 固态电解质气体传感器
图 8-45 极限电流与外电压关系曲线
8.4 固态电解质气体传感器
SO2传感器
图 8-46 SO2气敏传感器
8.5 接触燃烧式气体传感器
检测原理与结构
图 8-47 接触燃烧式气敏传感器
8.5 接触燃烧式气体传感器
气敏特性
图 8-48 接触燃烧式气敏元件的感应特性
8.6 新型气体传感器
红外吸收式传感器
图 8-49
红外气体传感器
8.6 新型气体传感器
热导率变化式气体传感器
图 8-50 热导式半导体气敏元件
其它半导体氧化物气敏元件
WO3系气敏元件
图 8-15 元件的灵敏度随 H2S浓度的变化
图 8-16 WO3的气敏 特性随环境温度的 变化
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
图 8-17 几种元件对H2S(10×10-6)的响应恢复特性
• 非晶态SiO2
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
氧化铁系气敏元件
γ—Fe2O3气敏元件
图 8-18 γ—Fe2O3气敏传感器
图 8-19 γ—Fe2O3气敏传感器的 响应特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
α—Fe2O3气敏元件
图 8-20 α—Fe2O3气敏元件
图 8-21 α—Fe2O3气敏元件对 烷类气体的灵敏度特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器