敏感；
（3）性能稳定性、重复性好；
（4）动态特性好、响应迅速； （5）使用、维护方便，价格便宜。
8.1.1
半导体气体传感器
利用半导体气敏元件同气体接触，造成 半导体性质变化，来检测气体的成分或浓度。 半导体气体传感器大体可分为电阻式和 非电阻式两大类。见表8-2。 电阻式是用氧化锡、氧化锌等金属氧化 物材料制作。 非电阻式是一种半导体器件。
3.
图8-1 定位电解法一氧化碳气体浓度测试电路
产生的电子在工作电极上，产生的氢 离子在工作电极旁的电解液中。电子使工 作电极产生负电压，电子由外电路向辅助 电极（C）流动。 氢离子在电解液中向辅助电极流动， 接收辅助电极上的电子和电极旁的氧气， 发生还原反应： 2H＋＋O2／2＋2e－→H2O

2.

体电阻控制型气体传感器
体控制型电阻式气体传感器是利用体电 阻的变化来检测气体的半导体器件。 检测对象主要有：液化石油气，主要是 丙烷；煤气，主要是CO、H2；天然气，主 要是甲烷。


例如利用SnO2气敏器件可设计酒精探 测器，

当酒精气体被检测到时，气敏器件电 阻值降低，测量回路有信号输出，提供给 电表显示或指示灯发亮。


一旦器件与被测气体接触，

就会与吸附的氧起反应，将被氧束缚 的电子释放出来， 使敏感膜表面电导率增大，器件电阻 减少。


目前常用的材料为氧化锡和氧化锌等较 难还原的氧化物，也有研究用有机半导体 材料的。

在这类传感器中一般均参有少量贵金属 （如Pt等）作为激活剂。
这类器件目前已商品化的有SnO2、ZnO 等气体传感器。
8.1.4
加伐尼电池式气体传感器 由隔离膜、铅电极（阳）、电解液、白 金电极（阴）组成一个加伐尼电池。 当被测气体通过聚四氟乙烯隔膜扩散到 达负极表面时，即可发生还原反应。 溶液中产生电流，流过外电路。 该电流数值和气体的速度成比例。
2.
定位电解法气体传感器 由工作电极、辅助电极及参比电极以及 聚四氟乙烯制成的透气隔离膜组成，在电极 间充以电解液。 图8-1所示为定位电解法气体传感器气体 浓度测试电路，图中NAP－505为日本生产 的小型、低功耗一氧化碳传感器。一氧化碳 通过透气膜进入电解液到达工作电极（W） 表面，工作电极表面发生氧化反应： CO＋H2O→CO2＋2H＋＋2e－

固体电解质式气体传感器 这类传感器内部不是依赖电子传导， 而是靠阴离子或阳离子进行传导。 因此，把利用这种传导性能好的材料 制成的传感器称为固体电解质传感器。
8.1.2
8.1.3
接触燃烧式气体传感器

接触燃烧式气体传感器是将白金等金属 线圈埋设在氧化催化剂中构成。 使用时对金属线圈通以电流，使之保持 在300~600οC的高温状态，同时将元件接 入电桥电路中的一个桥臂。

参比电极（R）表面同样发生氧化反应 ，产生的电子使参比电极产生负电压，该电 压由运算放大器IC2组成的积分电路积分， 积分输出电压加在工作电极和辅助电极之间 ，以保持工作电极电压稳定，不随电子流出 而下降。 工作电极流出的电流（电子）与一氧化 碳浓度成比例。电流在10Ω电阻上产生电压 ，由运算放大器IC1放大输出，可知一氧化 碳浓度。
气敏器件工作时要提供加热电源。

3.
非电阻型气体传感器
二极管气体传感器是利用一些气体被 金属与半导体的界面吸收， 对半导体禁带宽度或金属的功函数的 影响，而使二极管整流特性发生性质变化 而制成。


场效应管FET型气体传感器是根据栅压 域值的变化来检测未知气体。 电容型气体传感器是根据CaO— BaTiO3等复合氧化物随CO2浓度变化、其 静电容量有很大变化而制成。
分类
焦炉煤气、发生炉煤气、 家庭用 天然气 煤矿 冶金、试验室 甲烷 氢气
有毒气体
一氧化碳（不完全燃烧的煤气） 硫化氢、含硫的有机化合物 卤素，卤化物，氨气等 氧气（缺氧） 水蒸气（调节湿度，防止结露） 大气污染（SOx,NOx,CL2等） 燃烧过程气体控制，调节燃/空比 一氧化碳（防止不完全燃烧） 水蒸气（食品加工）
烟雾，司机呼出酒精
煤气灶等 石油工业、制药 厂 冶炼厂、化肥厂 地下工程、家庭 电子设备、汽车 、温室 工业区 内燃机，锅炉 内燃机、冶炼厂 电子灶
火灾预报，事故 预报
环境气体
工业气体
其它灾害

气体传感器的性能必须满足下列条件： 控制信号；
（1）能够检测并能及时给出报警、显示与
（2）对被测气体以外的共存气体或物质不



表8-2 半导体气体传感器的分类
主要的物理 特性 传感器举例 工作温度 代表性被测气体
表面控制型 氧化锡、氧化锌 电阻 式 LaI-xSrxCoO3，FeO氧 化钛、 氧化钴、氧化镁、氧化 锡 氧化银
室温～450οC 可燃性气体
体控制型
300～450οC 700οC以上
室温 室温～200οC 150οC
酒精、可燃性气 体、氧气
乙醇 氢气、一氧化碳、 酒精 氢气、硫化氢
表面电位
非电 二极管整流 铂/硫化镉、铂/氧化钛 阻式 特性 晶体管特性 铂栅MOS场效应管
1.
表面控制型气体传感器


平常器件工作在空气中，
空气中的O2和NO2，接受来自N型半导 体材料敏感膜的电子吸附。 表现为N型半导体材料敏感膜的表面传 导电子数减少，表面电导率减小，器件处 于高阻状态。
第8章 气体和湿度传感器
8.1 8.2 8.3 8.4 气体传感器 湿度传感器 气体和湿度传感器的应用 实训
8.1 气体传感器

气体传感器是一种把气体中的特定成分 检测出来,并将它转换为电信号的器件。
提供有关待测气体的存在及浓度大小的 信息。 主要检测对象和应用场所见表8-1。


表8-1 气敏传感器主要检测对象及其应用场所


一旦有可燃性气体与传感器表面接触， 燃烧热量进一步使金属丝升温，造成器件 阻值增大，从而破坏了电桥的平衡。 其输出的不平衡电流或电压可测得可燃 性气体的浓度。

电化学式气体传感器 1. 离子电极型气体传感器 由电解液、固定参照电极和pH电极组成。 通过透气膜使被测气体和外界达到平衡。 以被测气体为CO2为例，在电解液中达 到如下化学平衡： CO2+H2O=H++HCO3― 根据pH值就能知道CO2 的浓度。