一种适用于无线传感器应用的温度补偿CMOS环形振荡器
摘要
本文介绍了一个CMOS电压控制环形振荡器(VCO),带有温度补偿电路,适合低成本和低功耗的无线传感应用。在操作频率较低的时候,一个控制电压的CMOS所产生能带隙参考(以BGR形式表示)是描述和测量结果显示制造芯片,输出电压的引用的是电阻式分区设置的,为了实现较小的地区,低功耗、N-和电阻器的使用。这种设计有一个参考电压,1V芯片在AMS装配0.35μm CMOS工艺的一个区域0mm2工作在1V,输出频率是在200±L0KHz的温度范围为25°C至80°C,功耗810μw。术语索引: 压控振荡器、CMOS、带隙,温度补偿、低功耗。
一、导言
在最近的进展硅传感器和电路技术已启用了各种无线传感应用。部署的无线感应器是一个高度集成的有限电源插头,以减少成本,系
统依靠电池或从能源的环境清理工作在低频率以节省电源。然而,大多数的功能原定与一个低税的周期,以保持较长的生命周期操作。然后,动力由一个振荡器生成参考频率,一个关键的系统的一部分,低功耗振荡器是所需。最近几年,LC振荡器[1]已经知道良好相位噪声性能,但其调整范围相对较小(约10%)和片上螺旋电感器占据一个很大的芯片面积,另一方面,环振荡器通常有一个很宽的调谐范围,占用较少的片上一体化区域,这使他们更广泛地使用比LC振荡器,众所周知环振荡器会显示为
图1。图单端环形压控振荡器
高集成能力的环振荡器已他们一个组成部分的许多数字和模拟系统
[2]。这些构建块,跳动的心脏的应用程序(例如,磁盘驱动器读取通道
[3],时钟恢复电路串行数据通讯[4]。稳定的频率必须为了最大限度地减少干扰,在相邻频段,到目前为止,很多有关通讯应用程序[5]. 一个常用的方法实现数字输出VCO在CMOS技术是一个子类,CMOS放宽振荡器,这是家庭结构的环形振荡器,其中一个最重要的考虑因素在设计一个IC振荡器的频率稳定性与温度。此外,所需的温度依赖性假设的一个以下几种形式在大多数应用程序(例如,绝对温度(ptat)或常量-GM的行为某些晶体管的跨导却保持不变或温度独立。另一方面,频率稳定性基本上取决于以下;第一,内部电流源随温度的变化,第二,电压参考漂移在整个温度范围内,第三,设备偏移电压和偏置电流偏差由于温度变化和所述,电容器变化过程中,电压和温度[6]。这项工作涉及到设计一个MOS温度补偿电压控制环振荡器为无线传感应用。第二节介绍了VCO的CMOS环体系结构,电路设计提出了以BGR 形式表示是在第三节测量结果和讨论中提出第四节和最后的结论,在第五节
二、CMOS环VCO架构
VCO的传统,如中所示图2,是实现由N阶段的逆变器(N是一个奇
数),一个控制目前的机制,通过逆变器。通常,我们用一个PMOS晶体管来控制的上方当前,一个NMOS晶体管控制的低端0。假定该门寄生电容的NMOS CG和PMOS晶体管都是平等的,其频率振荡器可以找到:
fosc=1/2Nτ (1)
图2 传统的环VCO
其中Τ的延迟是一个阶段,可以考虑:
τ =VoscCg/Ictrl (2)
其中vosc振荡的振幅和ictrl是控制当前,从上述两个方程,我们可以得到:
fosc=Ictrl/2NVoscCg (3)
很明显的是,请参见摆动频率,可在通过改变控制的控制电流,如果假设几个阶段N和Cg都是固定的,这配置是,振动频率可以调节。一个
范围广泛的数值来更改当前的控制。但是,当ictrl很小,但是很难之间匹配的上限和下限。此外,很小的电流将使电压摆幅很慢,有时也我们将会得到一个非完全摆上的信号输出。
图3 延迟细胞变电流
图3显示了一个阶段的VCO的建议。它包括一个逆变器,电流控制的一个级联NMOS晶体管M1。通过只更改一个控制电压,振荡频率,可在各种根据公式(3)。
三、能带隙電路
一个传统带隙参考是一个电路,它减去电压的一个向前的偏见二极管产生了一种消极温度系数成正比的电压绝对温度(ptat)。一个p tat可以实现扩音该电压差的两个偏见base-发射器交界处,因此,一个温度补偿电压关闭该材料能带隙的硅芯片(~1.22V)结果,低电源电压操作此电压实现toohigh。一些方法来克服这种限制已提议在[7][8] [9]和[10].参考资料[7][8][10]基于电阻细分的能带隙电压和参考
资料[9]使用的是动态阈值MOS晶体管(utmost)造成明显较低带隙电压。在[7]中的电阻分压是在以BGR形式表示的输出而在[8]和[10]更多电阻器连接的输入放大器以BGR形式表示的。从理论上来说,后一种拓扑结构将导致较大差异参考电压的比以来的第一个电压在存在错误的输入(由电阻器不匹配)将放大到输出,即添加到参考电压以BGR形式表示的,噪声的性能将会下降,在这工作中,一个以BGR形式表示的拓扑显示在[7]已设计并优化为低电压和低功耗操作。该电路拓扑结构的设计提出了以BGR形式表示是在图4.操作电路类似于一个传统CMOS拓扑,但是一个电阻器R3输出的并行以BGR形式表示与组件R2和B3。δveb的电压差(EQ4)发射器的基座路口的B1和B2的发射器使用面积的比例。8、设置电流通过平等这两个组件。
ΔV EB=V EB1-V EB2=[Kt*in（J1/J2）]/q
k是玻尔兹曼常数,Q是电子充电,T为绝对温度和J1和J2是当前密度的偏压二极管。
图4 BGR的电路拓扑。
一个运算放大器(晶体管组成的M7-M11)设置发射器电流的B1和B 2等(M1=M2),然后卸下R1上的电压变为δveb。因此,目前流经R1和M2绝对是成比例温度(ptat)。这会导致电流通过M1和M3也ptat。输出电压的形成是以BGR形式表示运算放大器的,它增加了发射器的基座veb3电压,有一个负温度系数,kδveb,其中有一个正温度系数,从而导致温度独立输出电压Verve在参考温度(EQ5),这是第一个温度补偿技术以BGR形式表示的电路。
V REF=V EB3+KΔV EB
其中k为[11]:
在公式(6)vg0的能带隙电压的芯片可推算出0"OK"(确定),m是一个温度约2.3、η=2.2是一个校正因温度依赖性n和电阻器使用,T0是参考温度和0-1 Web连接电压的B1在参考温度。实践中,k的电阻比R2/R1,如果一个电阻器R3添加的输出以BGR形式表示的,输出电压以BGR形式表示的可写为如下所示:
现在,参考电压可以在自由选择的。电阻器比为一个级别更适合用于低电压操作。为了实现低电压和低功耗运行,所有MOS晶体管设计的操作在弱势中翻转,阈值电压的PMOS和NMOS晶体管使用的过程中
都是-0.65V和0.5V分别。组件B1-B2是二极管连接垂直PnP晶体管、随时可用的标准CMOS工艺。下面的数值即插即用的是相对的领域设备的相互比较,电阻器R1-R3使用N-和电阻器由于没有highohmicpo ly-电阻器可在这一进程,大电阻所需值,以实现所需的电压降在电阻器,具有较低的功耗。
附表一。
运算放大器是一种单级放大器,它由一个差分信号对一个当前镜
像加载输入阶段NMOS晶体管,因为输入电压更接近于地面,VDD,运算放大器的输出是驾驶盖茨的M1-M3和M12,晶体管M1-M3设计相当大,以尽量减少1/fnoise该电路,W/l-M3的比例设计了0倍的W/l的M1和M2,这样可以减少电阻器尺寸的R2和R3的50%,这是一个折衷方案在当前消费和区域,启动电路已添加到设计,以确保正确的操作的。电路,启动电路包括晶体管M5-M7,其目的是弱势,以便尽量减少其影响时的参考电压的电路解决了。电容器C1的偏差需要命令行稳定电路。C1还减少了运算放大器的带宽从而降低噪音。这些值的组件的列在表1。这些值与模拟输出电压的能带隙参考是1V,温度为20oC,1.25V 的电源。
四、测量结果
电压控制振荡器,带环能带隙参考电路是无中生有,AMS0.35-μm CMOS在活动区域是0mm2.芯片照片5中所示的波形输出环VCO是如图6,电流消耗为810μA。25°C.输出频率是200kHz。操作在1.25,输出频率补偿环VCO是补偿在191kHz和212kHz的范围内--25°C至80°C.测量结果显示输出作为频率函数的显示温度的数字7,他们之间补偿191kHz和212kHz和产生的温度稳定低于一系列的4.5%至6%在一系列的25°C至80°C的参考电压的作为一个功能以BGR形式表示的温度显示在图8。测量结果将显示输出电压补偿介于0V和1V和产生的温度稳定性少于一定范围的1.1%到2.1%的范围内,25°C80°C。
图5。模具照片带隙补偿的环形振荡器在AMS0.35μmCMOS工艺生产制造。
最后,我们总结的测量结果我们的工作[12]在表二中[12],该频率变化和频率变化率是一个系列的118MHz到486MHz和±3.5%温度不同从0°C至70°C分别。在我们的工作中,输出频率和频率变化率是2 00kHz和一系列的4.5%在整个温度6%不等25°C至80°C分别。我们拥有补偿环VCO的最低工作电压和功耗,低功耗消费和低成本的特性,适合无线传感应用程序。
图6。补偿环的V C O的输出波形
图7。的输出频率的补偿温度变化环VCO
图8。温度变化的输出电压的BGR 表II。比较测量值和参考结果补偿环的VCO
五、结论
一个设计的CMOS电压控制环振荡器(VCO)与温度补偿电路适合低成本和低功耗的无线传感应用的说明结果,制造芯片的介绍,电路在AMS装配0μm CMOS技术与1V电源设备。此外,这补偿环VCO电路占地面积0mm2和补偿频率生成一个准确性低于一定范围的191kHz至212kHz和产生的温度稳定低于一系列的4.5%至6%在一系列的25°C 至80°C,810μA的电流消费一样,参考电压之间进行补偿以BGR形式表示0V和1V和产生一个温度稳定性低于一定范围的1.1%至2.1%一系列的25°C至80°C.它可以完全集成的无线遥感技术应用程序提供一个低成本和低功耗参考频率没有任何外部参照。
参考
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传感器温度补偿算法分析 从数学上来看，压力传感器的输出u（正比于传感器的数字量/AD码）可当作相关的环境温度T和被测压力P的二元函数 轴 Y X 轴 Y被测压力X 压力传感器采集的数字量/ad码 前言： 首先我们对传感器线性化之后，进行温度补偿，如图我们在T0温度下对传感器进行了线性化。再进行一个温度点，两个压力点的标定，当标定压力为P1，此时处于A状态点，然后升温至T1，达到状态点B(X B,Y B,T1)，由X B 和T0温度下线性化关系求得标定前的压力值为Y C，得到虚拟点C(X C,Y C,T0),至此完成一个压力点的标定。然后更改标定压力为P2，到达状态点D(X D,Y D,T1)，可求虚拟点E(X E,Y E,T0)。至此标定工作完成。 T0时刻为传感器标定曲线，是一条基准曲线，其他温度时的曲线存在但是不知道形式，但是其上的标定点是已知的，当处于BCED区域内任意点F(X F,Y F,T)状态点时，T为温度传感器AD码，X F为压力传感器AD码，Y F为此 时的被测压力，如果不补偿此时显示压力为Y H（也就是一个基准值），我们需要求得Y F和Y H之间的增量，因为Y G到Y H温度变化了T0-T1，作比值即得每温度变化了多少压力（变化率），而H到F变化T-T0，所以Y F和Y H之间 的增量为(Y G-Y H)/(T1–T0)*(T-T0)。但是G点未知，我们需要通过已知点D点B去得到G的逼近点M，同理得H的逼近点N，
正文： 设y=f（x，T）函数图像如图 轴 Y X 轴 分析一个温度点，两个压力点的标定。Y为被测压力X为压力传感器AD码。 处于T0温度时，对传感器进行线性化（找到被测压力和传感器AD码的曲线）选择标定值PI，也就是在图中A点，然后升温至T1，根据此时传感器值X B和T0时刻的线性化关系求出Y C（也就是温度补偿前压力值），得到B(X B,Y B,T1) C(X C,Y C,T0)。 更换择标定值P2温度仍为T1则处于D状态点，根据此时传感器值X D和T0温度下的线性化关系求出Y E（也就是温度补偿前压力值），得到D(X D,Y D,T1) E(X E,Y E,T0)，标定过程完成。 补偿后，当温度改变压力改变，至F状态点，我们想根据该点的传感器的AD 码求出此时的被测压力， 先保持T不变，沿DB,EC对x进行插值，分别求得H的逼近点N，G的逼近点M， Y M=Y D+(Y B-Y D)/(X B-X D)*(X M-X D) Y N=Y E+(Y C-Y E)/(X C-X E)*(X N-X E) 保持X不变沿NM对T进行插值 Y F=Y N+(Y M-Y N)/(T1–T0)*(T-T0) …………………………………………………….. （※）解释对T插值的实际意义:如果未补偿则为YH，(YM-YN)/(T1–T0)为此传感器值
压力传感器温度补偿的硬件实现方案 【摘要】压力传感器广泛应用于各种电子产品中，压力采集的过程都需要将压力信号转换为易传输与处理的电信号，但大多数传感器的敏感元件均采用金属或半导体材料，其特性与环境温度有着密切的关系。而且实际应用中由于压力传感器的工作环境温度变化又较大，这就给测量结果带来误差，所以对压力传感器进行温度补偿是每位工程师必须要采取的措施。温度补偿的方法也根据每款压力传感器的特性及应用场合而不同，本文将根据压力传感器的实际应用介绍一种巧妙的硬件温度补偿方案。并引用实例加以具体说明。 【关键词】压力传感器；硬件温度补偿 1.压力传感器及其温度补偿简介 压力传感器是工程中常用的测量器件，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成，这样的传感器也称为压电传感器。我们了解，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。 压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，通常压力传感器输出的微小信号需通过后续的放大器进行放大，再传输给处理电路才能进行压力的检测。其阻值随压力的变化而变化。 大多数传感器的静特性与环境温度有着密切的联系。实际工作中由于传感器的工作环境温度变化较大．又由于温度变化引起的热输出也较大,这将会带来较大的测量误差；继而影响到传感器的静特性，所以设计中必须采取措施以减少或消除温度变化带来的影响。 在传感器的应用中，为使传感器的技术指标及性能不受温度变化影响而采取一系列具体技术措施。称为温度补偿技术。一般传感器都在标准温度(20±5)℃下标定，但其工作环境温度也可能由零下几十摄氏度升到零上几十摄氏度。传感器由多个环节组成。尤其是金属材料和半导体材料制成的敏感元件，其静特性与温度有着密切的关系。信号调理电路的电阻、电容等元件特性基本不随温度变化。所以必须采取有效措施以抵消或减弱温度变化对传感器特性造成的影响。即必须进行压力传感器的温度补偿。 本文将根据压力传感器的实际应用介绍一种巧妙的硬件温度补偿方案。 2.压力传感器的应用电路简介 本压力传感器采用恒流驱动方式，具体电路参见图1 图1 传感器的输出： V o=Kp*I*[1－KT*(T-25℃)]*P+V off 其中：P:外界压强mmHg或Kpa Kp:传感器的灵敏系数 I:激励电流mA KT:传感器的温度系数，一般按满跨度描述 此传感器的应用温度范围5～40℃，压强300mmHg。 因此，KT＝(V(300mmHg,40℃)-V(300mmHg,5℃))/(300*35)
模块五气敏传感器及其应用练习题 一、填空题： 1、SnO2型半导体气敏器件非常适宜检测浓度较_______的微量气体。 2、半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化这一原理工作的，为加快这种原理过程，半导体气敏传感器一般附有。 3、氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类的潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件，这种潮解是可逆的，即环境相对湿度增高时，电阻率，反之亦然。 二、判断题： 1、接触燃烧式气体传感器属于气敏传感器。（） 2、SAW气敏传感器中，吸附膜吸收了环境中的某种特定气体，使基片表面性质发生变化，导致SAW振荡器振荡频率发生变化，通过测量频率的变化就可检测特定气体成分的含量。 （） 三、选择题： 1、SnO2气敏元件广泛应用于（） A、测气体质量 B、防灾报警 C、测气体浓度 D、用于电器的零件 2、下列传感器中，属于开关型传感器的是（） A、电阻式 B、结露型 C、霍尔式 D、光电式 3、气敏传感器一般用来检测气体的（） A、温度和浓度 B、湿度和成分 C、温度和成分 D、浓度和成分 4、气敏元件通常工作在高温状态(200～450℃)，目的是： A、为了加速上述的氧化还原反应。； B、为了使附着在测控部分上的油雾、尘埃等烧掉 5、当气温升高时，气敏电阻的灵敏度将，所以必须设置温度补偿电路。 A、减低； B、升高； C、随时间漂移； D、不确定。 6、气敏传感器构成的换气扇自动控制电路。换气扇通电采用SCR器件进行控制。这是为了 : A、使系统响应快； B、避免产生电火花，提高安全性； C、降低成本； D、便于电路设计。
7、气敏元件开机通电时的电阻很小，经过一定时间后，才能恢复到稳定状态；另一方面也需要加热器工作，以便烧掉油雾、尘埃。因此，气敏检测装置需开机预热后，才可投入使用。 A、几小时； B、几天； C、几分钟； D、几秒钟 四、简答题： 1、为什么多数气敏器件都附有加热器? 2、如何提高半导体气敏传感器对气体的选择性和气体检测灵敏度? 五、分析题： 1、下图为酒精测试仪电路，A是显示驱动器。问：①TGS—812是什么传感器？② 2、5脚是传感器哪个部分，有什么作用？③分析电路工作原理，调节电位器RP有什么意义? 2、下图是一个一氧化碳检测电路，请分析其工作过程。
漂移产生的根本原因在于所有的压力传感器均基于一种材料的弹性形变，不论其材质弹性如何良好，每次弹性回复后，总会产生一定弹性疲劳。在传感器使用过程中，由于弹性材料引起的漂移根据材质不同各不相同，但是只要是合格的产品，都在很小的范围。 另外，除了材料引起的漂移外，还存在一种更显著的漂移，即温度漂移。温度漂移是因为温度的变化而引起的压力传感器输出的变化，这种漂移也是因为材料的多重特性决定的。因为一种材料对压力敏感的同时对温度也敏感。通常压力传感器都要进行温度补偿，利用另一种温度特性相反的材料抵消温度引起的变化，或者使用数字补偿技术，采用数字补偿。 压力传感器发展的初期，扩散硅芯片和金属基座之间用玻璃粉封接，缺点是压力芯片的周围存在着较大的应力，即使经过退火处理，应力也不能完全消除。当温度发生变化时，由于金属、玻璃和扩散硅芯片热澎胀系数的不同，会产生热应力，使传感器的零点发生漂移。这就是为什么传感器的零点热漂移要比芯片的零点热漂移大得多的原因。采用银浆和接线柱焊接，处理不好，容易造成接点电阻不稳定。特别是在温度发生变化时，接触电阻更易变化，这些因素是造成传感器零点时漂、温漂大的原因。 要消除压力传感器的漂移问题我们可以金硅共熔焊接方法，将扩散硅和基座之间采用金硅共熔封接，因为金比较软应力小，引压管是玻璃管将之烧结到硅环上，玻璃管和底座用高温胶粘接，为测表压，在玻璃管外粘接一金属管，通到大气中。扩散硅电阻条组成惠斯登电桥，用高掺杂的方法形成导电书，将电桥和分布在周边的铝电极可靠地连接起来，而不采用通常蒸铝，反刻形成铝带的方法，这样做有助于减小传感器的滞后，铝电极和接线柱之间用金丝压焊和超声焊，使接点处的电阻比较稳定。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/815222950.html,/
热电耦加速度传感器的温度补偿 简 介 MEMSIC 热电耦加速度传感器体积极小，内部集成了混合信号处理电路。传感器基于热对流原理工作，由于没有移动部件，它的工作性能可靠。 同所有其他的热电耦加速度传感器一样，MEMSIC 器件的灵敏度和零点漂移将随着器件工作环境的温度的变化而发生变化。但是，这个变化是有规律的。 器件的灵敏度随着温度的升高而减小，零点漂移随着温度的变化升高或者减小。因为这些变化都是有固定规律可寻的，所以用户可以通过很多的方法来对这些由温度引起的偏差进行补偿。在这个资料中，很多补偿方法都会介绍。比如，用热敏电阻的模拟电路补偿法、用内置温度传感器和微控制器的数字补偿法。在最后，对各种补偿方法进行了比较。 温度对灵敏度的影响 每一个系列的热电耦加速度传感器的灵敏度具有相同的温度变化特性。温度传导的物理规律决定了灵敏度的特性，制造上的差异对它没有影响。不同的两个器件之间灵敏度随温度变化的特性都是相同的。灵敏度变化的规律可以由以下方程来描述(比如MXA2500AL ，参考图1)： 67 .267 .2f f i i T S T S ?=? 图 1 热电耦加速度传感器的灵敏度/温度曲线 其中 S i 是在任何初始温度Ti （如25°C 时）时的灵敏度而 S f 是在任何最终温度 T f 时的灵敏度。温度单位为绝对温度°K 。通过方程可知，在-40o C 时器件的灵敏 度是25 o C 时的两倍，而85 o C 时又是25 o C 时的一半。 不同系列器件方程里面T 的指数会有些差异，比如极低噪声系列器件的指数是2.90而不是2.67。 对于那些可以接收灵敏度有百分之几变化的应用领域，上述的公式可以用一个线性函数来近似。用这种近似的方法（通过一个有–0.9%/°C 增益的外部电路）可以将灵敏度的变化限制在5% 以内（以室温时的灵敏度为基准；温度从0°C 变化到+50°C ）。对于性能要求比较高的应用，可以用一个低价位的MCU 来完成以上公式的计算。需要参考方案（采用Microchip 16F873/04-SO MCU）的客户可以与MEMSIC联系。 采用这一参考方案， 在满量程温度范围内，灵敏度的变化将被限制在1%以内。 请浏览MEMSIC网站https://www.doczj.com/doc/815222950.html, ， 您可以获得与之相关的详细资料。 温度对零点漂移的影响 同所有其他的加速度测量技术一样，每个MEMSIC 器件都有一个特定的零点温漂特性。每个应用方案可接受的零点温漂值各不相同。标准的MEMSIC 器件的温漂系数是±2mg/o C ，新型的低噪声器件温漂系数小于±1mg/o C 。器件的零漂大小和极性符合统计规律，可以用如下方程进行描述： Z=a+b .T+c .T 2 其中，Z 是在任何温度T 下的零点漂移，a 、b 、c 是每个加速度传感器的特性参数。 图2 典型零点漂移/温度变化曲线 在很多应用方案中需要器件有一个可以接受性能，一种线性近似的方法可以帮你达到这个要求(也就是仅仅使
压力传感器原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．压力传感器原理 一些常用传感器原理及其应用: 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω?cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长
２０１７年 第４期 仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２０１７ Ｎｏ畅４ 基金项目：国家自然科学基金项目（１１４６４０５１）；云南民族大学 研究生项目（２０１６ＹＪＣＸＳＹ０４） 收稿日期：２０１６－０６－０８ 基于BP 人工神经网络的气体传感器温度补偿 刘子骐１，２ ，杨留方 １，２ （1．云南民族大学电气信息工程学院，云南昆明 650031；2．云南省高校无线传感器网络重点实验室，云南昆明 650031） 摘要：针对气体传感器存在输出特性极易受到外界温度干扰的特性，提出了基于ＢＰ神经网络的温度补偿方法。通过Ｍａｔｌａｂ神经网络工具箱中提供的程序，对神经网络中的各种函数参数进行编程来实现对气体传感器的补偿功能。实验仿真结果表明该方法有效地减小了外界温度对气体传感器输出的影响，提高了传感器的准确性和稳定性。关键词：气体传感器；温度补偿；神经网络；Ｍａｔｌａｂ 中图分类号：ＴＰ１８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－１８４１（２０１７）０４－００１０－０３ Gas Sensor Temperature Compensating Based on BP Neural Network ＬＩＵＺｉ－ｑｉ１，２ ，ＹＡＮＧＬｉｕ－ｆａｎｇ １，２ （1．School of Electrical and Information Technology ，Yunnan University of Nationalities ，Kunming 650031，China ；2．Key laboratory of Wireless Sensor Networks in Yunnan Higher Education Institutions ，Kunming 650031，China ）Abstract ：Ｗｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｔｈｅｇａｓｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｒｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｅｘ－ｔｒａｎｅｏｕｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｉｎＭａｔｌａｂｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｔｏｏｌｃａｓｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｐｒｏｇｒａｍｅｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｎｔｈｅｇａｓｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｅｘｔｒａｎｅｏｕｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｔｈｅｇａｓｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｉｍ－ｐｒｏｖｅｓｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ． Keywords ：ｇａｓｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ；Ｍａｔｌａｂ 0 引言 气体传感器的温度补偿一般分硬件补偿和软件补偿，硬件补偿在电路上受电子元件漂移和元件焊接的精密度等因素影响，导致整个测量电路的可靠性低，而且可能会存在成本较高这一因素。软件补偿方法主要有最小二乘法、插值法、多项式拟合法，但是这些软件补偿方法存在计算量较大、拟合精度低等缺点，因此本文尝试采用ＢＰ神经网络处理数据，以达到对气体传感器进行温度补偿的目的。1 BP 神经网络的原理1．1 BP 神经网络结构 ＢＰ神经网络由输入层，隐藏层和输出层构成，如 图１所示。输入层主要将训练样本送入网络，隐藏层和输出层主要对样本数据进行训练，网络训练样本所获得的参数存储于神经元与神经元之间的权值中和 每个神经元的阈值当中。 图1 BP 网络基本结构 1．2 BP 网络训练过程１．２．１ 正向传播 输入的样本从输入层经过隐层逐层进行处理，通过所有的隐层之后，则传向输出层；在逐层处理的过程中，每一层神经元的状态只对下一层神经元的状态产生影响。输出层将实际输出和期望输出进行比较，如果实际输出不等于期望输出，则进入反向传播过程。 输入层节点有n 个，隐藏层节点有q 个，输出层节点有m 个，输入层与隐藏层之间的权值为v ki ，隐层的传递函数为f １（．），隐层与输出层之间的权值为w jk ，输出层的传递函数为f ２（．），则隐藏层节点输出： z k ＝f １（∑n i ＝０v ki x i ） k ＝１，２，…，q 输出层节点输出： 万方数据
毕业论文课题名称压力传感器的温度补偿分析 分院/专业机械工程学院/机电一体化技术 班级机电1051 学号1001043522 学生姓名刘兵 指导教师：杨新春 2013年5月20日
┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 摘要 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。 但是随着工作环境温度的不断变化，会导致体管参数发生变化，将会引起不稳定的静态工作点，电路的动态参数不稳定和温度漂移（包括零点漂移和灵敏度漂移）。最简单的方法就是保持工作环境温度的恒定，当然，这种要求是永远达不到的。所以本文就针对温度漂移问题展开分析。对于不同的压力传感器采用不同的温度补偿方法，使其达到预期的效果。 关键词：压力传感器、温度、补偿
┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ Abstract The pressure sensor is the most commonly used one kind of sensor in industrial practice, and we usually use the pressure sensor is mainly made of the use of piezoelectric effect, the sensor also known as piezoelectric sensor. As we know, the crystal is anisotropic, non crystal is isotropic. Some crystal medium along a certain direction, when subjected to mechanical stress deformation occurs, produces the polarization effect; when the mechanical force is removed, will return to the uncharged state, when it is under pressure, can produce electricity effect of some crystals, which is called polarization effect. The scientist is developed according to the effect of pressure sensor. But with the continuous change of the environmental temperature, will cause the body tube parameter changes, will cause the static working point is not stable, dynamic parameters of the circuit unstable and temperature drift (including zero drift and sensitivity drift). The simplest method is to maintain a constant temperature working environment, of course, this requirement is never reach. So this article aims at the problem of temperature drift analysis. The temperature compensation method is different with different pressure sensors, to achieve the desired effect. Keywords:pressure sensor, temperature, compensation
温度补偿法的测试 作者：邓凯伦徐进 来源：《电子世界》2013年第16期 【摘要】气体传感器具有高灵敏度、低功耗、小体积、重现性好、抗干扰能力强等优点。但是因为其加工工艺以及制作材料等影响，不可避免的会发生温度漂移。这对仪表的测量精度会造成严重影响，为了消除或者尽量减小此类影响，本文设计了温度补偿算法，针对于所选气体传感器对其输出信号进行补偿修正，以验证出此算法的有效性。 【关键词】气体传感器；温度漂移；温度补偿 可以看出经过温度补偿算补偿后的数据拟合曲线非常接近一条直线，可以近似的认为成线性关系。实验验证经过温度补偿算法处理过的气体传感器数据有更高的精准度。 参考文献 [1]葛亚明，彭永峰，薛冰.零基础学FPGA[M].北京：机械工业出版社，2010（7）：1-43. [2]许媛媛.多孔硅薄膜湿度传感器的研制[D].郑州大学，2004. [3]银翔.中央空调计费系统的研究与设计[D].湖南大学，2007. [4]周晓峰.基于纳米氧化锌的湿敏石英谐振传感器的研究[D].华东师范大学，2007. [5]林经波.超高速航行体多路气体流量控制系统研究[D].西北工业大学，2006. [6]黄利华.纳米SnO2厚膜的H2S气敏特性研究[D].华中科技大学，2007. [7]戴戈.多媒体信息获取、处理与呈现的硬件体系结构[D].东南大学，2006. [8]甘德刚.变压器油中微水含量在线监测系统研究[D].重庆大学，2006. [9]尚峰.复合型智能火灾探测器的研究[D].大连理工大学，2003. [10]诸东强.混沌AD转换器研究[D].浙江大学，2005. [11]王天福.基于AT89S52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制[D].江苏大学，2007. [12]宋文绪杨帆传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2009（11）：211-225. [13]黄强.煤矿智能多参数气体检测仪的研制[D].重庆大学，2007.
关于称重传感器的温度补偿 1、电阻应变计?奈露茸圆钩? 高精度称重传感器的核心元件是电阻应变计，它的性能主要取决于两个方面，一是应变计的基底材料，另一是应变计敏感栅的应变合金材料。无论选用哪种应变计，最重要一点其温度特性应是自补偿型，这样才能保证传感器的温度漂移尽量小。 贴在传感器弹性体上的应变计，在不受载荷影响下，除电阻值随着温度的变化而变化外，弹性体材料以及应变合金的其它物理性能也都有些变化，这些变化就是应变计纯属由于温度而产生的虚假应变，这对传感器而言，就产生了温度漂移，即传感器的温度效应。 对电阻应变计的温度效应来说，主要因两个因素引起，一个是应变合金丝（或箔）材料的电阻随温度变化而变化，另一是传感器弹性体和应变合金丝（或箔）材料线膨胀系数不同随着改变而引起的附加变形，使应变计电阻也产生了相应的变化。如果不考虑粘合剂的影响，当温度变化△t 时，设应变计电阻丝栅电阻的改变量为△R1，则 △R1=Rα△t (1) 式中：R—应变计电阻 α—应变计合金丝栅的电阻温度系数 由于应变合金与弹性体材料线膨胀系数不同所引起应变计电阻的改变量为△R2，则 △R2=KR(β材-β丝) (2) 式中：K—应变合金丝（或箔）灵敏系数 β材—弹性体材料的线膨胀系数 β丝—应变合金的线膨胀系数 当温度变化△t时，贴在弹性体上的应变计电阻总的改变量为△R1，则 △Rt=△R1+△R2=R[α+K(β材-β丝)] △t (3) 设αt=α+K(β材-β丝) (4) 则αt= 定义αt为电阻应变计的电阻温度系数。如果使△Rt=0 或接近于0，若△Rt=0,即达到温度自补偿。若△Rt=0，则αt=α+K(β材-β丝)=0 α=K(β丝-β材) 对于一般应变电阻合金材料，β丝、K是不变的，β材也是一个常数。冷加工状态的电阻丝（箔）的电阻温度系数α，可以用热处理的办法在相当大的范围内改变，因此可以使α=K(β材-β丝)。对于一定的电阻丝（箔）和一定的弹性体材料而言，式是消除由于温度改变而引起误差的一个必要条件，但由于温度对材料的影响是非常复杂的，所以α、β材、β丝和温度的关系并非完全呈线性关系，K值也不完全是恒定的，所以（6）式仅是个近似条件。尽管如此，可以根据这个条件对具有已知β材的弹性材料，可以近似选取具有适当β丝、α和K的应变合金丝（箔），就可以制成温度自补偿应变计。 2、制造温度自补偿应变计的材料 对制造应变计所需要的电阻应变合金应具有较高的灵敏系数和电阻率，在工作温度范围内应具有
通用说明书工作原理 MQ系列气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体,最常用的如SnO2。金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时,氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面,半导体表面的电子会被转移到吸附氧上,氧原子就变成了氧负离子,同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层,导致表面势垒升高,从而阻碍电子流动(见图1。 在敏感材料内部,自由电子必须穿过金属氧化物半导体微晶粒的结合部位(晶界才能形成电流。由氧吸附产生的势垒同样存在于晶界而阻碍电子的自由流动,传感器的电阻即缘于这种势垒。在工作条件下当传感器遇到还原性气体时,氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低,势垒随之降低(图2和图3。导致传感器的阻值减小。
在给定的工作条件下和适当的气体浓度范围内,传感器的电阻值和还原性气体浓度之间的关系可近似由下面方程表示: 其中:Rs:传感器电阻 A:常数 [C]:气体浓度 α:Rs曲线的斜率传感器特性 1氧气分压的影响 图4所示为大气中氧分压(PO2和MQ气体传感器在清洁空气中阻值之间的典型关系。 2气敏特性
根据前述方程,在某一气体浓度范围内(从几十ppm 至几千ppm,在工作条件下,传感器的电阻同气体浓度呈对数线性关系。如图5所示。 传感器对多种还原气体具有敏感性,对指定气体的相对灵敏度,取决于敏感材料的构成及其工作温 度。 图1-晶粒间势垒模型(洁净空气 实际上,每个传感器的电阻值和相对灵敏度都不完全相同,图5中描述的敏感特性为传感器在不同气体浓度下的阻值(Rs与待检测气体的一定浓度下的阻值(R0的比值与浓度的对数关系。 3传感器响应特性 在工作条件下传感器先被放入还原性气体中,其电阻急剧下降,待其稳定后,再将其置入洁净空气中,传感器的电阻经过很短的时间即恢复到它的初始值。这个过程中传感器典型的动作如图6所示。传感器的响应速度和恢复速度与传感器型号、材料种类及所测气体的种类相关。 4初始动作
温度补偿的方法一般分为硬件补偿和软件补偿两种方法;。目前应用较广泛的是利用微处理器实现温度漂移软件补偿方法。本文要介绍的温度补偿方法也属于一种软件补偿，只是在具体实现的过程中提出了新的设计方案—采用单总线数字温度传感器DS1820芯片和LonWorks现场总线技术中的神经元芯片（Neuron Chip即CPU）实现传感器的温度补偿，并以电化学传感器为例，详细介绍了它的硬件电路和软件设计部分。 二、传感器温度漂移软件补偿原理 由于周围环境温度变化而引起传感器的附加误差，可以采用软件的方法来修正，其基本思路是：在传感器内靠近对温度敏感的部件处，安装一个测温元件，用以检测传感器所在环境的温度；把测温元件的输出经过多路开关与信号同一路径送入CPU（或者采用多通道模/数转换环节），根据温度误差的数学模型去补偿被测信号，以达到精确测量的目的，其中温度误差修正模型一般是根据具体的传感器温度特性用曲线拟合方法而建立的。 传感器采用这种软件补偿方法解决温度附加误差时，通常测温元件大多采用热电阻，因此必须增加相应的热电阻温度变送器以及A/D转换两部分的电路，任何一个环节都不能缺少，具体实施起来难免显得有些繁琐，而且两部分电路的温度特性可能成为新的附加误差。 三、传感器温度漂移软件补偿新方案 针对上述提出的问题，我们可以通过用数字式温度传感器代替热电阻检测周围环境温度来解决。在这里我们推荐使用美国Dallas半导体公司研制生产的DS1820芯片一种单总线数字温度传感器，它具有许多独特的优良性能： （1）可以把温度信号直接转换为9位数字量，温度的转换可以在1秒内完成；（2）只通过一根数据线就能实现与微处理器的通讯，而且芯片正常工作所需要的电源也可以从这根数据线上获得，无需外部电源； （3）具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点；（4）价格便宜，仅为普通温度变送器的十分之一。 经实验研究证明这种传感器可以很好地解决温度漂移软件补偿中的测温问题。 四、电化学传感器的温度补偿方案 电化学传感器通过测量气体在某个确定电位电解时所产生的电流从而得到气体的浓度值。这种传感器体积小、重量轻，不仅灵敏度高，而且测量准确、响应时间快、使用寿命长，是目前比较理想的一种气体浓度测量传感器。不过，和大多数传感器一样，其温度特性不太理想，在实际使用时需要进行温度补偿。具体思路是：在确定传感器输出量与温度之间的数学模型后，通过数字温度传感器DS1820芯片，直接把温度信号转换成相应的数字量，送入CPU进行后续处理，即根据传感器的温度特性对测量值进行修正，实现用软件的方法消除由于环境温度的变化给测量带来的误差。
气体传感器读数准确性受哪些因素影响 我们知道，传感器一般而言测量的数据都比较的准确，但是气体传感器读数准确性相较而言受许多因素影响。 一、气体压强 气体传感器是测量气体浓度的，当气体被压缩的时候，气体的相对浓度并不会增加，但是绝对浓度是增加了，也就是说，在单位体积的空间中，所包含的被测气体分子数增加了，因此当其相对浓度不变的情况下，气体压强增加，传感器的读数也会相应增加。 如果消除环境压力带来的影响呢？首先要将测试工装设计好，气体不能垂直吹向传感器顶面，而要平行于传感器顶面吹过。其次，要让气流流过的时候有泄压的缝隙，最好不要密封，这样便能够保证气室内外压力几乎一样，进而消除外界压力对测试结果带来的影响。 二、老化时间 大多数气体传感器在使用前需要对其进行老化，电化学传感器更是如此。合适的老化时间可以使传感器具有稳定的输出。电化学传感器在运输过程中，或者在搁置期间，电极表面很容易吸附一些杂质，使得在刚通电时，传感器读数经常出现零点偏高，抑或输出值跳动等现象。此时如若进行测试气体，其得到的测试结果明显有误差。因此，对其进行合适的老化可以得到稳定的输出，从而减小其对传感器读数的影响。 三、环境温湿度 绝大多数气体传感器对环境温湿度是敏感的，其主要影响有以下几点： 1、对零点的影响电化学传感器的零点是指其在洁净空气中的信号输出，零点信号的造成大多数是因为空气中干扰气体或者是传感器电极本身具有一些杂质，导致发生化学反应，并释放出信号。众所周知，化学反应受温度的影响是很明显的，温度越高，化学反应越剧烈，因此，也便造成零点越高，反之亦然； 2、对灵敏度的影响与上述现象相似，短时间内温度越高，化学反应越剧烈，很容易在检测过程中影响传感器输出信号的准确性； 3、对寿命的影响如果传感器长时间处于高温低湿的环境中，很容易出现电解液挥发干涸的现象，从而导致电子的传输收到制约，内阻增大，反应速度变慢，灵敏度降低，变现为传感器灵敏度衰减，直接影响传感器使用寿命。 电化学传感器温度范围比较窄，一般是-20℃到55℃。能够长期使用的湿度范围是15%RH-90%RH，最有利的湿度是20℃时候的60%RH。为了降低温度带来的影响，温湿度度补偿是最直接有效的解决办法。 四、气体浓度 对于电化学传感器来说，其输出电流随被测气体浓度呈线性变化，一旦被测气体浓度发生变化，传感器输出信号也便随之发生变化。例如苯标气，当使用苯传感器进行测试时，经常遇到检测不到苯气体的信号，或者信号很小。这是由于苯气体相比于空气密度较大，因此在钢瓶中易出现苯气体下沉现象，导致传感器检测时无信号输出，抑或输出信号很小。 另外气体被吸附也会导致气体浓度降低，比如CL2、SO2、NH3、NO2、HCL、HF等吸附性很强的气体，可能观察到的现象是，打开阀门几分钟内，传感器测试输出信号比较低。因此气体吸附也是影响传感器读数的一个常见因素，建议使用聚四氟乙烯管气路，以降低气体吸附。并且在测试初始，预先进行通气5min，以便将气路中的空气排出。 五、平衡气 据统计，电化学传感器有20多种，绝大多数毒气是还原性的气体，然而还原性气体被氧化时需要氧气参与，包括CO、H2S、SO2、NH3、PH3等等。在测试此类气体时，如果氧气供应不足，很容易影响传感器信号输出，常见的现象即是灵敏度偏低，抑或输出信号先升高后降低。因此，在使用电化学传感器测试还原性气体时，尽可能采用空气平衡气体。
通用说明书 工作原理 MQ系列气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体,最常用的如SnO2。金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面，半导体表面的电子会被转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动（见图1）。在敏感材料内部，自由电子必须穿过金属氧化物半导体微晶粒的结合部位（晶界）才能形成电流。由氧吸附产生的势垒同样存在于晶界而阻碍电子的自由流动，传感器的电阻即缘于这种势垒。在工作条件下当传感器遇到还原性气体时，氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低，势垒随之降低（图2和图3）。导致传感器的阻值减小。 在给定的工作条件下和适当的气体浓度范围内，传感器的电阻值和还原性气体浓度之间的关系可近似由下面方程表示： 其中：Rs：传感器电阻A：常数 [C]:气体浓度α:Rs曲线的斜率传感器特性1氧气分压的影响 图4所示为大气中氧分压（PO2）和MQ气体传感器在清洁空气中阻值之间的典型关系。2气敏特性根据前述方程，在某一气体浓度范围内（从几十ppm 至几千ppm），在工作条件下，传感器的电阻同气体浓度呈对数线性关系。如图5所示。 传感器对多种还原气体具有敏感性，对指定气体的相对灵敏度，取决于敏感材料的构成及其工作温 度。 图1-晶粒间势垒模型（洁净空气）
实际上，每个传感器的电阻值和相对灵敏度都不完全相同，图5中描述的敏感特性为传感器在不同气体浓度下的阻值(Rs)与待检测气体的一定浓度下的阻值(R0)的比值与浓度的对数关系。3传感器响应特性 在工作条件下传感器先被放入还原性气体中，其电阻急剧下降，待其稳定后，再将其置入洁净空气中，传感器的电阻经过很短的时间即恢复到它的初始值。这个过程中传感器典型的动作如图6所示。传感器的响应速度和恢复速度与传感器型号、材料种类及所测气体的种类相关。 4初始动作 如图7所示，当传感器不通电存放后，再在空气中通电，无论是否存在还原性气体，传感器通电后的最初几秒钟，其阻值都会（Rs）急剧下降，然后逐渐达到一个平稳的水平，即为传感器的初始动作。初始动作时间的长短取决于传感器储存期间的气氛条件、储存时间长短，并因传感器型号而异，也与通电后传感器周围的氛围有关。通电后传感器的初始动作会引起报警（参照4-6节），因此在设计电路时要予以充分考虑。5温、湿度影响 MQ传感器的检测原理是基于气体在传感器表面的化学吸附、反应与脱附。环境温度的变化会改变化学反应速度，从而影响传感器的敏感特性。此外，水蒸气会吸附在传感器表面，湿度将会引起Rs的降低。如图8所示。精确使用MQ传感器时应考虑温、湿度的影响。6长期稳定性 MQ系列传感器的长期稳定性典型数据如图9所示。通常情况下，MQ传感器表现出稳定的经时特性，适用于免维护应用的场合。 7加热器电压的影响 在设计传感器的加热器时，充分考虑了在给定的恒定加热电压下，气体传感器表现出最佳的敏感特性。灵敏度随加热电压的变化如图10所示。对于加热电压对传感器性能的影响，使用时应充分考虑。 MQ气体传感器使用注意事项1必须避免的情况 1.1暴露于有机硅蒸气中 如果传感器的表面吸附了有机硅蒸气，传感器的敏感材料会被包裹住，抑制传感器的敏感性，并且不可恢复。传感器要避免暴露其在硅粘接剂、发胶、硅橡胶、腻子或其它含硅塑料添加剂可能存在 的地方。 图4-氧气分压的典型影响 图5-典型的敏感特性 图6-典型的传感器响应恢复
深国安固定式气体检测仪 使用注意事项 非常感谢您依赖并选购我司的产品。为了方便您更好的使用我司产品，请在使用过程中注意以下几点。 一、温度 气体检测仪的主要核心部件是气体传感器，就像电源的CPU一样，属于气敏元器件。气体传感器本身在不同温度环境下，内部的输出信号有很大不同。而且，温度过高，很容易造成传感器或其它元器件的损坏。因此，为了您更安全、更加精确的使用本品，请在-20至+50℃的环境下使用。 ※（个别气体支持高温环境下使用） 如上图所示，相同气体，在不同温度环境下，灵敏度有很大的不同。 二、湿度 像温度一样，气体传感器本身在不同湿度环境下，内部输出的信号也不同。虽然我们在生产过程中，结合深国安多年生产经验和历史积累数据，做了相应的温湿度补偿，以保证产品在不同温湿度环境下的精确度。然而，超出了湿度的允许范围10－90%RH外，不仅无法保证期测量精度的准确性，还容易造成因湿度过高，形成水滴，而引起的气体传感器损坏。
三、压力 气体检测仪是检测气体浓度的产品。当气体被压缩的时候，气体的相对浓度（%VOL）并不会增加，但是绝对浓度增加了。也就是说，在单位体积的空间中，所包含的被测气体分子数增加了。因此，当气体相对浓度不变的情况下，气体压力增加，气体传感器的读数也会相应增加。而且压力过大，还容易造成传感器的损坏。因此，为了保证产品的精确度和稳定性，请在标准大气压的±10%以内使用，也就是90－110kpa之间。 四、流速 对于气体检测仪来说，关心的并不是管路中总的流速，而只是关心在气体传感器进气口附近的流速。气体传感器进气口附近的空腔体积一般都不到10毫升，所以我们通常ml/Min单位来表示。深国安一直按照国家相关的计量规范进行执行，也就是按300－500ml/Min进行气体标定。因此，无论在验证还是在使用过程中，一般按300－500ml/Min的流速使用，测