4第二章 第三节 气敏、湿敏电阻传感器

教师授课方案（首页）授课班级09D电气1、电气2 授课日期课节 2 课堂类型讲授课题第二章电阻式传感器第二讲第三节测温热传感器第四节气敏与湿敏传感器教学目的与要求【知识目标】1、理解测温热传感器的工作特性及应用、掌握测量转换电路2、理解气敏与湿敏电阻的工作特性与应用【能力目标】提高并培养学生实际仪表接线技能及理论联系实际的能力。

【职业目标】通过学生二线、三线、四线接线培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：掌握测温热传感器的测量转换电路难点：三线制测量转换电路教具教学辅助活动教具：铂热电阻、气敏、湿敏传感器实物、多媒体课件、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论一节教学过程安排复习1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、应用2、应变片的工作原理及应变片特性3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电压及优点4、举例说明应变式电阻传感器的应用5分钟讲课1、测温热电阻原理、二线、三线、四线测量转换电路的特点，重点掌握三线制仪表的特点及应用2、气敏电阻及湿敏电阻原理、测量转换电路及应用。

掌握选用不同类型气敏电阻的方法。

70分钟小结1、小结见内页之后2、利用10分钟时间与学生互动答疑13分钟作业习题册第二章温热、气敏、湿敏传感器习题2分钟任课教师：叶睿2011年1月18日审查教师签字：年月日教案附页【复习提问】上节课知识点：1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、应用2、应变片的工作原理及应变片特性3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电压及优点4、举例说明应变式电阻传感器的应用第二节测温热传感器【新课导入】测量温度的方法有很多：本课程主要学习热电阻以及热电偶测量温度，热电偶传感器将在第九章学习到，本次课学习测温热电阻传感器。

热电阻在工业上被广泛用来测量–200～+9600C范围内的温度。

热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻。

前者仍简称热电阻，后者的灵敏度比前者高十倍以上，又称为热敏电阻。

【本节内容设计】通过测量温度的方法学习测温热传感器的工作特性、测量转换电路以及测温热传感器的应用。

湿敏传感器工作原理
湿敏传感器是一种用于检测环境湿度的传感器。

其工作原理基于湿度对特定材料的电学性质的影响。

湿敏传感器一般由两个电极、一个或多个感湿材料以及一个外壳组成。

感湿材料通常是一种亲水性高的聚合物，如改性聚醚硅橡胶。

当环境中的湿度变化时，感湿材料会吸湿或释湿，导致其电阻值发生变化。

具体来说，湿敏传感器的两个电极与感湿材料在电的连接上并行排列。

当环境湿度低时，感湿材料中的水分含量较低，电阻较大。

而当环境湿度增加时，感湿材料中的水分含量增加，导致材料的电导率增加，电阻减小。

通过测量电阻的变化，就可以反映出环境湿度的变化。

一般来说，湿敏传感器的电阻与湿度之间存在着一定的线性关系。

因此，可以通过校准传感器并使用一定的算法来将电阻值转换成湿度值。

湿敏传感器可广泛应用于气候监测、室内湿度调节控制、农业、仓储、电子设备和医疗设备等领域。

第三章 气敏、湿敏电阻传感器第一节气敏电阻传感器的原理及结构工业、科研、生活、医疗、农业等许多领域都需要测量环境中某些气体的成分、浓度。

例如，煤矿中瓦斯气体浓度超过极限值时，有可能发生爆炸；家庭发生煤气泄漏时，将发生煤气中毒事件；农业塑料大棚中CO 2浓度不足时，农作物将减产；锅炉和汽车发动机汽缸燃烧过程中氧气含量不正确时，效率将降低，并造成环境污染。

使用气敏电阻传感器（以下简称气敏电阻），可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换成电流、电压信号。

一、气敏电阻的构成气敏电阻的材料是金属氧化物，制作上通过化学计量比的偏离的杂质缺陷制成的。

金属氧化物半导体分为N 型半导体（如2SnO 、23Fe O 等）和P 型半导体（如O C O 、PbO ）等。

为了提高某种气敏电阻对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成这些材料时，还掺入催化剂，如钯Pd 、铂Pt 等。

二、气敏电阻的原理及特性金属氧化物在常温下是绝缘体，制成半导体后却显示气敏特性，其机理是比较复杂的。

但是，这种气敏元件接触气体时，由于表面吸附气体，致使它的电阻率发生明显的变化却是肯定的。

这种对气体的吸附可分为物理吸附和化学吸附。

在常温下主要是物理吸附，是气体与气敏材料表面上分子的吸附，它们之间没有电子交换，不形成化学键。

若气敏电阻温度升高，化学吸附增加，在某一温度时达到最大值。

化学吸附是气体与气敏材料表面建立离子吸附，它们之间有电子的交换，存在化学键力。

若气敏电阻的温度再升高，由于解吸作用，两种吸附同时减小。

例如，用氧化锡（S n O 2）制成的气敏电阻，在常温下吸附某种气体后，其电阻率变化不大，表明此时是物理吸附。

若保持这种气体浓度不变，该元件的电导率随元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，表明此温度范围内化学吸附作用大。

气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。

为此，气敏元件在结构上要有加热器，通常用电阻丝加热，如图3-1所示。

3.4热电阻式传感器 • 3.4.1基本概念 热电阻是利用导体材料的电阻随温度变化而变化的特 性来实现对温度的测量的。 铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用 于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 • 3.4.2工作原理 1、铂电阻 铂电阻阻值与温度变化之间的关系可以近似用下式表 示：
在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为
3. 电阻温度系数 热敏电阻的温度每变化1℃时电阻值的变化率叫做
热敏电阻的电阻温度系数。 即：
R / R = T
4. 耗散系数H 热敏电阻器温度每变化1℃所耗散的功率变化量。
பைடு நூலகம்
5. 时间常数τ
热敏电阻器在零功率测量状态下，当环境温度突变
时电阻器的温度变化量从开始到最终变量的63.2％所需
的时间称为热敏电阻的时间常数 6. 最高工作温度Tmax
3.2 气 敏 传 感 器
3.2.1 概述 气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传 感器。它将气体种类及其浓度等有关的信息转换成电信 号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境
中存在情况有关的信息。
用途：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
S
Pd栅
D Al SiO2
N＋ P—Si
N＋
图 3-11 钯—MOS场效应晶体管的结构
3.2.3 气敏传感器应用
气体泄露报警、自动控制、自动测试等。
酒精测试仪
呼气管
家用气体报警器
家用气体报警器
图10-31是一种最简单的家用气体报警器电路。气-电转换器件采用测试回路 高电压的直热式气敏元件TGS109。当室内可燃性气体增加时，由于气敏元 件接触到可燃性性气体而其阻值降低，这样流经回路的电流便增加，可直