气敏、湿敏电阻传感器的应用

实验五气敏传感器实验实验目的：了解气敏传感器的原理与应用。

所需单元：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器、主、副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档、F/V表置2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。

实验步骤：1.仔细阅读后面附上的“使用说明”，差动放大器的输入端(+)、(-) 与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。

2．关闭主、副电源，按图4接线。

图 43．开启主、副电源，预热约5分钟，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数。

它反映了传感器AB两端间的电阻随着发生了变化。

说明MQ3检测到了酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。

思考题：如果需做成一个酒精气体报警器，你认为还需采取哪些手段？提示：1.需进行浓度标定；2.在电路上还需增加……。

附：MQ系列气敏元件使用说明一、特点1．具有很高的灵敏度和良好的选择性。

2．具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。

二、结构、外形、元件符合1．MQ系列气敏元件的结构和外形如图4A所示，由微型AL203陶瓷管、SN02敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢网的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

2．好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个脚用于信号取出，2个脚用于提供加热电流。

图4A三、性能1．标准回路：如图4B所示，MQ气敏元件的标准测试问路由两部分组成。

其一为加热回路。

其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。

图4B2．传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号Vrl输出而获得的。

二者之间的关系表述为RS/RL=(VC-VRL)/VRL3。

3．标准工作条件：4．环境条件5．灵敏度特性气敏传感器实验实物连接图接线方法：1. 直流稳压电源旋钮调到±4V；2. V+插孔与f①和A③串联；3. f②与电桥平衡中②及差动放大器正输入孔②串联,并与黑色接地孔接通；4. B④与电桥平衡中④及差动放大器负输入空④相连接；5. 差动放大器输出端⑤与F/V表的Vi孔连接。

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。

湿敏传感器的原理与应用1. 引言湿敏传感器是一种常见的电子元件，能够感知周围环境的湿度变化，并将其转化为电信号输出。

湿敏传感器的原理与应用广泛，被广泛应用于工业领域、家用电器控制、气候监测等领域。

本文将介绍湿敏传感器的工作原理以及其应用场景。

2. 湿敏传感器的工作原理湿敏传感器的工作原理基于材料的湿度敏感性，当环境湿度发生变化时，其电阻值也会相应改变。

湿敏传感器通常由两个电极间隔一个可以吸湿的电介质组成。

当环境湿度升高时，电介质吸湿，导致电极之间的电阻值减小；相反，当环境湿度降低时，电介质的脱湿导致电极间的电阻值增加。

3. 湿敏传感器的应用场景湿敏传感器可以应用于各个领域，以下列举了几个常见的应用场景：•工业领域–空气调节和湿度控制：湿敏传感器可用于工厂的空调系统和湿度调节装置，实现自动湿度控制，提高生产效率。

–湿度计和报警系统：湿敏传感器可用于监测工业环境中的湿度，并在湿度超出预定范围时发出警报，保证生产质量和安全。

•家用电器控制–空气净化器：湿敏传感器可以监测室内空气中的湿度，根据湿度变化自动调节净化器的运行模式，提供更加舒适的环境。

–墙面湿度控制：湿敏传感器安装在墙壁上，监测室内湿度，当湿度超过设定值时，自动启动除湿装置。

•气候监测–温室控制：湿敏传感器可用于温室中的湿度控制，根据湿度变化自动开启/关闭喷雾系统，为植物提供适宜的生长环境。

–水域监测：湿敏传感器可用于监测水域中的湿度，及时发现水体污染情况。

•医疗领域–呼吸器患者监测：湿敏传感器可用于监测患者的呼吸湿度，辅助医生判断患者的健康状况。

•农业领域–农作物灌溉：湿敏传感器可以监测土壤湿度，根据湿度变化自动控制灌溉系统，提供适宜的水分供给。

4. 湿敏传感器的优势和不足•优势–灵敏性高：湿敏传感器对湿度变化非常敏感，能够在短时间内实时检测到湿度的变化。

–高精度：湿敏传感器能够提供较为精确的湿度测量结果。

–低功耗：湿敏传感器通常采用低功耗设计，提高使用寿命。

感应式传感器的类型及应用感应式传感器是一种能够通过感应物体的变化来检测和测量物理量的装置。

其原理是利用物理现象的性质，通过捕捉物体对周围环境的影响来获得所需的数据。

感应式传感器的种类繁多，不同类型的传感器适用于不同的应用领域和要求。

1. 光电传感器光电传感器使用光这种能量来检测和测量物体的存在、位置和属性。

常用的光电传感器包括光电开关、光电门、光电电流计等。

光电传感器可以应用于工业自动化领域，如检测产品的存在和位置，自动控制生产线的运行等。

2. 接近传感器接近传感器可以用来检测物体与传感器之间的距离。

常见的接近传感器有红外线传感器、超声波传感器等。

它们广泛应用于自动门、无人机导航、机器人感应等场景中。

3. 压力传感器压力传感器可以测量介质对传感器施加的压力。

常见的压力传感器有压阻式压力传感器、压电式传感器等。

压力传感器广泛应用于测量气体和液体的压力，如汽车胎压监测、机械工业中压力控制等领域。

4. 温度传感器温度传感器可以测量物体的温度。

常见的温度传感器有热敏电阻式传感器、热电偶等。

温度传感器广泛应用于空调、冰箱、热水器、医疗设备等领域。

5. 湿度传感器湿度传感器可以测量物体或环境中的湿度水汽含量。

常见的湿度传感器有湿敏电阻式传感器、电容式传感器等。

湿度传感器广泛应用于农业、气象、空调等领域。

6. 加速度传感器加速度传感器可以测量物体所受到的加速度大小和方向。

常见的加速度传感器有压阻式传感器、电容式传感器等。

加速度传感器广泛应用于航天、交通、体育等领域。

7. 磁性传感器磁性传感器可以测量物体所受到的磁场的强度和方向。

常见的磁性传感器有霍尔元件、磁电传感器等。

磁性传感器广泛应用于电子罗盘、电子指南针、车辆检测等领域。

8. 气体传感器气体传感器可以测量和分析大气中的气体成分。

常见的气体传感器有气敏电阻式传感器、光纤传感器等。

气体传感器广泛应用于环境监测、燃气检测等领域。

以上仅列举了感应式传感器的一部分类型及应用。

一、气敏电阻传感器气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。

气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体。

1．还原性气体传感器所谓还原性气体就是在化学反应中能给出电子，化学价升高的气体。

还原性气体多数属于可燃性气体，例如石油蒸气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等。

【举例】各种可燃性气体传感器如，酒精传感器、煤气报警器、液化气报警器、一氧化碳传感器、甲烷传感器等。

2．二氧化钛氧浓度传感器半导体材料二氧化钛（TiO2）属于N型半导体，对氧气十分敏感。

其电阻值的大小取决于周围环境的氧气浓度。

当周围氧气浓度较大时，氧原子进入二氧化钛晶格，改变了半导体的电阻率，使其电阻值增大。

TiO2氧浓度传感器结构及测量转换电路介绍【举例】氧浓度传感器可用于汽车尾气测量气敏半导体的灵敏度较高，它较适用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。

二、湿敏电阻传感器湿度包括：绝对湿度和相对湿度，湿度对电子元件的影响很大。

检测湿度的手段很多，如毛发湿度计、干湿球湿度计、石英振动式湿度计、微波湿度计、电容湿度计、电阻湿度计等，本节介绍陶瓷湿敏电阻式湿度传感器。

图2－19是陶瓷湿敏电阻传感器的结构、外形及测量转换电路框图，它主要用于测量空气的相对湿度。

新型传感器包括气敏传感器、湿敏传感器、微传感器、光栅传感器、光电式传感器、光纤传感器、集成化智能传感器等。

本章分别介绍了这些新型传感器概念、工作原理、性能参数、应用领域等相关问题。

第10章气敏、湿敏传感器本章主要内容10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义2. 结构：半导体气敏传感器一般由三部分组成：敏感元件、加热器和外壳。

3. 分类：按其制造工艺，分为烧结型、薄膜型和厚膜型；按加热方式不同，可分为直热式和旁热式两种气敏器件。

二. 半导体气敏材料的气敏机理三. SnO2 系列气敏器件1. 主要特性2. 检测电路四. 气敏传感器的应用1 简易家用气体报警2 有害气体鉴别、报警与控制电路3 防止酒后开车控制器10.2 湿敏传感器一．半导体陶瓷湿敏电阻1. 负特性湿敏半导瓷的导电原理2 正特性湿敏半导瓷的导电原理二. 典型半导瓷湿敏元件三. 湿敏传感器的应用1 湿度检测器2 高湿度显示器本章教学要求及重点、难点一．教学要求1.了解气敏、湿敏电阻传感器的结构2. 掌握气敏、湿敏电阻传感器的工作原理及应用二. 重点、难点重点：气敏、湿敏电阻传感器的原理及应用难点：气敏、湿敏电阻传感器的原理10.1 气敏传感器一.电阻型半导体气敏传感器的结构与分类1. 定义气敏电阻传感器是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量再转换为电流、电压信号的传感器，它的传感元件是气敏电阻。

湿敏传感器的原理和应用简介湿敏传感器（Humidity Sensor）是一种用来感测环境湿度变化的传感器。

它可以将湿度信息转换成电信号，常见的应用包括气象观测、室内环境监测和工业控制等领域。

本文将介绍湿敏传感器的工作原理和常见的应用场景。

工作原理湿敏传感器根据材料在不同湿度下的电学特性变化原理来进行湿度测量。

一般来说，湿敏传感器由感湿元件和信号处理电路两部分组成。

感湿元件感湿元件通常采用一种特殊的湿敏材料，它的电阻或电容随着湿度的变化而发生改变。

最常见的湿敏材料包括聚合物、陶瓷和纳米材料等。

当湿敏材料吸湿或失湿时，其内部结构会发生变化，导致电阻或电容的变化。

信号处理电路湿敏传感器的信号处理电路主要负责将感湿元件产生的变化信号转换成相应的湿度数值。

一般来说，信号处理电路会将传感器输出的电信号进行放大、滤波和可视化处理。

最终得到的数据可以通过数字或模拟接口输出。

应用场景湿敏传感器在各个领域有广泛的应用。

下面列举了几个常见的应用场景：1.气象观测：湿敏传感器可以被用于测量空气中的相对湿度，这对于气象观测和天气预报非常重要。

通过配合其他传感器，可以得到更准确的气象数据。

2.室内环境监测：湿敏传感器可以被用于室内环境监测系统中，实时监测室内湿度的变化。

这对于维持室内舒适度、防止霉菌生长以及保护物品有重要作用。

3.农业领域：湿敏传感器可以被用于农田灌溉系统中，根据土壤湿度的变化来自动进行灌溉控制。

这可以提高农作物的生长效果，同时节省水资源。

4.智能家居：湿敏传感器可以被用于智能家居系统中，监测居住环境中的湿度变化。

通过智能家居控制中心，可以实现对加湿器、抽湿机等设备的智能控制。

5.工业应用：湿敏传感器可以被用于工业过程控制中，监测生产环境的湿度变化。

这对于某些工艺过程的稳定性和质量控制非常重要。

总结湿敏传感器是一种广泛应用于各个领域的传感器，其工作原理基于湿敏材料的电学特性变化。

通过信号处理电路的处理，可以将湿度信息转换成相应的数字或模拟信号输出。

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

1、热敏传感器热敏传感器是将温度转换成电信号的转换器件，可分为有源和无源两大类。

前者的工作原理是热释电效应、热电效应、半导体结效应。

后者的工作原理是电阻的热敏特性，约占热敏传感器的55%。

在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。

较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。

用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。

2、光敏传感器光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

国内主要厂商有OTRON品牌等。

光传感器是产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。

最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。

3、气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。

气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。

所以对气敏传感器有下列要求：能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度，能长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质所产生的影响小等。

4、力敏传感器力敏传感器是将应力、压力等力学量转换成电信号的转换器件。

力敏传感器有电阻式、电容式、电感式、压电式和电流式等多种形式，它们各有优缺点。

其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

气敏传感器的原理及应用概述气敏传感器是一种常见的传感器技术，通过对气体的浓度、压力或其他性质进行检测，可以实现对气体的定量或定性分析。

本文将介绍气敏传感器的基本原理和常见的应用。

气敏传感器的原理气敏传感器的工作原理基于气敏材料的特性。

气敏材料是一种能够对特定气体或气体组分产生敏感性反应的材料。

当目标气体与气敏材料接触时，会引发气敏材料内部的化学或物理反应，导致材料的电学性质发生变化。

气敏传感器通过测量这种电学性质的变化来判断目标气体的浓度或存在与否。

气敏传感器的工作原理气敏传感器通常由气敏材料、敏感层、电极等组成。

当目标气体进入敏感层时，与敏感层中的气敏材料发生反应，引起电极上的电流或电压发生变化。

这种变化可以通过测量电极上的电信号来获取目标气体的相关信息。

气敏传感器的分类气敏传感器根据其工作原理和材料特性的不同，可分为以下几类： 1. 气敏电阻型传感器：敏感层是一种气敏电阻材料，其电阻随着目标气体浓度的变化而变化。

最常见的气敏电阻型传感器是以二氧化锡（SnO2）作为敏感材料的，适用于燃气检测、环境监测等领域。

2. 半导体氧化物气敏传感器：敏感层主要由半导体材料构成，常用的气敏材料有二氧化钛（TiO2）、二氧化锰（MnO2）等。

半导体氧化物气敏传感器常用于空气质量检测、工业排气等应用。

3. 电化学气敏传感器：敏感层由一种或多种气敏电化学材料构成，一般用于检测有毒气体如CO、NO2等。

这类传感器通常具有响应速度快、灵敏度高的优点。

气敏传感器的应用气敏传感器在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：工业安全•监测有毒气体：气敏传感器可用于检测工业生产过程中产生的有毒气体，如硫化氢、氰化物等。

及时监测这些有害气体的浓度，可以避免事故和保护工人的安全。

•燃气检测：气敏传感器可以应用于家庭和工业燃气检测中，及时发现燃气泄漏并采取相应的措施，以确保人身和财产安全。

环境监测•空气质量监测：气敏传感器在空气质量监测中起着重要的作用。

气敏传感器的功能及应用场合1．甲烷传感器功能：一般采用载体催化元件为检测元件。

产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，送入单片机片内A/D转换输入口，将此模拟量信号转换为数字信号。

然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。

应用场合：甲烷传感器在煤矿安全检测系统中用于煤矿井巷、采掘工作面、采空区、回风巷区、机电峒室等处连续检测甲烷浓度，当甲烷浓度超限时，能自动发出声、光报警，可供煤矿井下作业人员，甲烷检测人员，井下管理人员等随身携带使用。

2．一氧化碳传感器功能：一氧化碳气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。

当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。

当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。

应用场合：一氧化碳传感器广泛使用在矿山，汽车，家庭等空气质量安全检测的地方。

3．氧气传感器功能：氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。

这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。

两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。

传感器内充满电解质溶液，使不同种离子得以在电极之间交换。

进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。

当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子。

这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。

两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。

敏感元件及传感器用途敏感元件和传感器在现代科技中起着重要的作用，广泛应用于各个领域。

它们能够感知和测量环境中的各种参数和信号，并将其转换为可理解的电信号，从而实现各种自动控制和监测系统的正常运行。

敏感元件是指能够对某一刺激或参数作出敏感反应的元件，其作用是将非电信号转化为电信号。

我将介绍几种常见的敏感元件及其主要应用。

1. 光敏元件（光电二极管、光电三极管）：光敏元件能够将光信号转化为电信号，常用于照明控制、光电传感器、光电开关、摄像头等领域。

2. 压敏元件：压敏元件是一种能够根据外界压力变化产生电信号的敏感元件，主要应用于力学测量、电子称重、压力传感器等领域。

3. 温敏元件（热敏电阻、温敏电容器）：温敏元件的电阻或电容值随温度变化而发生的变化，常用于温度测量、恒温控制、温度补偿等领域。

4. 湿敏元件：湿敏元件根据湿度变化产生电信号，主要应用于湿度监测、湿度控制等领域。

5. 气敏元件：气敏元件是根据气体浓度变化产生电信号的敏感元件，常用于气体浓度监测、空气质量检测等领域。

传感器是一种能够感知和测量某种参数或信号的装置，常用于自动控制和监测系统中。

以下是几种常见的传感器及其主要应用。

1. 加速度传感器：加速度传感器能够感知物体的加速度变化，常用于汽车安全气囊、手机屏幕旋转、运动监测等领域。

2. 压力传感器：压力传感器能够感知和测量物体的压力变化，常用于工业自动化、气压控制、汽车制动系统、石油钻探等领域。

3. 光电传感器：光电传感器能够感知物体的距离、位置、形状和颜色等信息，常用于自动门开关、光电反射器、物体检测等领域。

4. 温度传感器：温度传感器能够感知和测量物体的温度变化，常用于室内恒温控制、电子设备散热监测、医疗仪器等领域。

5. 湿度传感器：湿度传感器能够感知和测量空气中的湿度变化，常用于气象监测、室内湿度控制、农业温室等领域。

以上只是敏感元件和传感器的一部分应用场景，随着科技的不断发展，它们的应用领域还在不断扩大。

湿敏电阻应用：
湿敏电阻主要利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理制成。

这种电阻可以感知空气中的湿度变化，并将该变化转换为电信号，以供其他设备使用。

湿敏电阻的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：
1.家电：湿敏电阻常用于空调、加湿器、除湿机等家电中，以检测和控制空气中的湿
度。

2.工业自动化：在工业环境中，湿敏电阻用于监测和控制生产过程中的湿度，例如食
品加工、纺织、造纸等行业。

3.气象站：湿敏电阻可以用在气象站中，用以监测空气中的湿度，进而推算出降雨的
可能性。

4.医疗设备：在医疗领域，湿敏电阻用于监测呼吸机、雾化器等医疗设备中的湿度，
以确保患者的舒适度和治疗效果。

5.存储：在仓库或存储设施中，湿敏电阻可以用来监测物品的湿度，以防止物品受潮
或霉变。

6.农业：在温室或植物生长环境中，湿敏电阻可以帮助调节土壤湿度，以促进植物生
长。