微型气体传感器的研发与应用

Ｑ！Ｑ　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

气体传感器的应用及发展　

赵应艳　（长春职业技术学院　王育波　吉林长春　１　３００３３）　工程技术　

摘要：本文介绍半导体气体传感器、接触燃烧式气体传赢器，高分子气体传感器的主要特性、加工技术，井阐述这几种气体传感器在　易燃　易爆的气体当中的应用及其在未来发展中的趋势。　关键词；传意器　特性　应用　中图分类号：０　６　５　９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１ｏ）４（ｃ）－Ｏ１１８－－０１　

１气体传感器的主要特性　

第一稳定性，稳定性是指传感器在整个　

工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点　漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标　

气体时，整个工作时间内传感器输出响应的　

变化。理想情况下，一个传感器在连续工作条　件下，每年零点漂移小于１Ｏ％。第二灵敏度，灵　

敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化　

量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技　

术。大多数气体传感器的设计原理都采用生　

物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的　

是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限　

制或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的　

灵敏性。第三选择性，选择性也被称为交叉灵　敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气　

体所产生的传感器响应来确定。这个响应等　价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响　

应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非　

常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量盯重　

复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度　

和高选择性。第四抗腐蚀性，抗腐蚀性是指传　

感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。　

在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气　

体体积分数１０～２０倍。在返回正常工作条件　下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气　

体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及　

稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择　

适当的材料和开发新材料，使气体传感器的　

传感器原理及工程应用

题 目： 气敏传感器

系 部：

专 业：

班 级：

姓 名：

学 号：

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摘 要

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

一、气敏传感器工作原理

气体传感器的测试原理如图1所示。将气体传感器RS和固定采样电阻R1进行串联分压,测得总回路电压Ui、采集R1两端电压Uo,并通过公式

RS=(Ui/Uo-1)*R1

就可以计算出气体传感器的电阻值。当气体传感器检测不同浓度的待测气体时,其电阻值会发生一定的变化,通过动态检测这一变化,就可以获得响应时间、恢复时间、感应前后的电阻值、灵敏度等参数。其中,RH是加热电阻。

二、所用到的气敏元件

气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。

3 1、半导体气敏元件的特性参数

（1）气敏元件的电阻值

微型传感器技术的原理与应用

随着物联网、智能家居等领域的迅速发展，传感器技术正在扮演着越来越重要的角色。而微型传感器，则是传感器技术中的一种重要分支，它不仅具有传统传感器的测量功能，而且尺寸更小、能耗更低。本文将从微型传感器技术的原理与应用两个方面进行论述。

一、微型传感器技术的原理

微型传感器是一种尺寸非常小的传感器，它可以通过微电子技术将传感元件集成在芯片上，具有体积小、功耗低、响应速度快、成本低等优点。微型传感器主要包括微压力传感器、微温度传感器、微湿度传感器、微流量传感器等。

下面以微压力传感器为例，介绍微型传感器的原理。微压力传感器的工作原理是基于微电子机械系统（MEMS）技术，它主要由四部分组成：压力传感器芯片、信号处理电路、信号输出电路以及连接线路。其中，压力传感器芯片是关键组成部分，它是由导电形变材料等微机电构件制成的。

当受到外界压力刺激时，压力传感器芯片会产生形变。通过将这种形变转化为电信号进行测量，我们就可以得到外界压力的大小。这种变化的量程通常经过校准，以确保输出的信号精度达到一定的标准。

二、微型传感器技术的应用

微型传感器它可以应用于多个领域，如自动化、智能家居、医疗健康、环境监测等。以下是其中的几个应用案例。

1. 智能家居

随着机器学习、人工智能等技术的应用，智能家居已经成为了一个越来越流行的概念。微型传感器可以与这些技术结合，为用户提供更加智能的家居体验。比如，我们可以安装微湿度传感器来监测房间内的湿度，如果湿度过高，就会自动打开加湿器，让环境更加舒适。

2. 医疗健康

微型传感器可以帮助医生们进行更加精准的诊断与治疗。比如，在糖尿病患者中，可以使用微压力传感器来测量血糖水平，以及跟踪患者的血糖变化。这可以使医生更加准确地诊断病情与制定治疗方案。

3. 环境监测

微型传感器可以安装在有害气体的检测中，可以在企业的生产过程中，进行二氧化碳、氨气、氮氧化物等气体的监测，并通过信号处理电路将数据传输到管理人员的手机App中监测到内部空气质量的相关情况，为企业员工创造舒适、健康的工作环境。

气体传感器研究现状

气体传感器研究现状：

1．气相色谱仪

该类仪器可以检N,4co、CO：场等多种气体。测量范围大而且精度很高，但成本较高，目前国内一台这样的仪器要8—9万元。这种仪器的缺点是：体积较大，无法方便携带：工作环境要求很高，无法进行野外探测；测量时要先对气体取样，无法实时探测；功率很大一般达Nzsoow要与计算机相连。这种仪器目前主要应用在实验室内。

2.载体催化原理的甲烷检测仪

载体催化型甲烷检测原理：甲烷和氧气在载体催化元件表面反应，放出反

应热，使元件温度上升，元件的温度增量将会引起元件的电阻增加，通过测量电阻增量就可以测定甲烷浓度。载体催化原理是目前实际应用中性能较为有效和可靠的一种探测可然性气体浓度的一种方法。

20世纪80年代初，世界各产煤国均先后完成了传统光干涉向载体催化型

的过渡。该类仪器以其信号输出易处理、灵敏度高、响应时间短、受湿度和温度影响较小、结构坚固、便于使用、价格低廉等一系列优点成为目前国内外瓦斯检测的主要仪器，这种原理的检测仪，也是当前国内外测量低浓度甲烷使用最普遍最成功的一种。

该类仪器的缺点：测量范围小、易受到高浓度瓦斯和硫化物的中毒以及存

在零点漂移和灵敏度问题。

3.热导原理的甲烷检测仪

热导原理的甲烷检测仪器：通过利用所测气体与空气的热导率差异，得到

与被测气体甲烷浓度相关的电信号，就可以确定甲烷浓度。热导式气体检测仪是将待测气体送入气室，气室中有热敏元件：如铂丝或钨丝，对热敏元件加热到一定温度，当待测气体的导热系数较高时，热量更容易从热敏元件上散发，使其阻值减小，通过惠更斯电桥测量这一阻值变化可得到被测气体的浓度值。

这种检测原理的优点：是热敏元件工作温度低(低于200度)，工作电压不高，所以极易制成矿用本质安全型，而且热敏元件为半永久性元件，使用寿命长。

其缺点：是检测低温浓度甲烷时输出信号小，仪器的零点漂移是一个较难克服的问题，同时对低浓度瓦斯反应不准确，且极易受水蒸气(湿度)和二氧化