传感器第十章 半导体传感器(气湿)
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一、在博物馆文物、档案管理方面的运用这是温湿度传感器应用的另一个领域。
档案的纸张在温湿度适宜的条件可以多存放一些时间,而一旦温湿度条件遭到破坏纸张将要变脆,重要资料也将随之荡然无存,对档案馆进行温湿度记录是必要的,可以预防恶性事故的发生。
使用温湿度传感器将使温湿度记录的工作得以简化,也将节约文物保管的成本,使这一工作得以科学化,不受到过多的人为因素的干扰。
二、在疫苗冷链中的运用气体传感器主要针对于行业中的气体进行检测,在工业、电子、电力、化工、治金等行业中都有一定的应用。
气体传感器的种类是比较多的,其中常用的主要有半导体式、接触燃烧方式、化学反应式、光干涉式、热传导式、红外线吸收散式等。
而这当中以半导体气体传感器应用更为广泛。
半导体气体传感器由气敏部分、加热丝以及防爆网等构成,它是在气敏部分的sno2、fe2o2、zno2等金属氧化物中添加pt、pd等敏化剂的传感器。
传感器的选择性由添加敏化剂的多少进行控制,例如,对于zno2系列传感器,若添加pt,则传感器对丙烷与异丁烷有较高的灵敏度;若添加pd,则对co与h2比较敏感。
气体传感器以陶瓷管为框架,外覆一层敏感膜的材料,利用膜两端的镀金引脚进行测量。
敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。
它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜。
金电极连接气敏材料的两端,使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。
由于金属氧化物有很高的热稳定性,而且这种传感器仅在半导体表面层产生可逆氧化还原反应,半导体内部化学结构不变,因此,长期使用也可获得较高的稳定性。
原理简介如下:金属氧化物一旦加热,空气中的氧就会从金属氧化物半导体结晶粒子的施主能级中夺走电子,而在结晶表面上吸附负电子,使表面电位增高,从而阻碍导电电子的移动,所以,气体传感器在空气中为恒定的电阻值。
这时还原性气体与半导体表面吸附的氧发生氧化反应,由于气体分子的离吸作用使其表面电位高低发生变化,因此,传感器的电阻值要发生变化。
简述半导体气体传感器工作原理
半导体气体传感器是一种常用的气体检测设备,广泛应用于工业生产、环境监测、安全防护等领域。
其工作原理基于半导体材料对不同气体的吸附作用,通过测量半导体材料电阻的变化来实现气体浓度的检测。
半导体气体传感器的核心部件是由半导体材料制成的传感元件。
当目标气体接触到传感元件表面时,会发生化学反应,导致传感元件表面电子浓度的变化。
这种表面电子浓度的变化将影响半导体材料的电阻,从而实现对气体浓度的监测。
半导体气体传感器的工作原理是基于半导体材料的吸附作用。
不同的气体在半导体表面的吸附作用不同,导致表面电子浓度的变化也不同。
通过测量半导体材料电阻的变化,可以间接地反映出目标气体的浓度。
半导体气体传感器还可以通过加热传感元件来提高传感器的灵敏度。
加热传感元件可以促进目标气体在表面的吸附和反应,从而加快传感器的响应速度和稳定性。
总的来说,半导体气体传感器的工作原理是基于半导体材料表面对目标气体的吸附作用,通过测量半导体材料电阻的变化来实现对气体浓度的检测。
通过不断优化传感元件的材料和结构,可以提高传感器的检测灵敏度和稳定性,满足不同应用场景的需求。
半导体气体传感器工作原理半导体气体传感器,这名字听起来挺高大上的,但其实它就像是我们日常生活中的一个小帮手,默默无闻地在那儿工作。
想象一下,你在家里做饭,油烟机一开,厨房里瞬间弥漫着各种气味,这时候如果家里有个半导体气体传感器,它就会像一个小侦探一样,帮你检测空气中的气体成分。
肯定有人会问,它到底是怎么做到的?别急,我慢慢来给你讲。
半导体气体传感器的工作原理其实挺简单的。
它的核心材料通常是一些特定的半导体材料,比如说二氧化钛、锡氧化物等等。
这些材料在空气中待久了,会吸附一些气体分子,像是小海绵一样,滋润得不得了。
好吧,开个玩笑,实际上它们是通过化学反应来改变自己的电阻值。
当某种气体进入传感器时,这些气体分子就会和半导体材料发生反应,结果就是电阻值会发生变化。
没错,简单来说,就是电阻变了,电流也就随之变化了。
这就好比你在路上碰到朋友,跟他打招呼一样。
电阻和电流之间的这种互动就像你们之间的交流,友好、亲切,又有点紧张。
这种变化是可以通过电路来检测的,电路就像是个老好人,能够把这些变化转化成信号,告诉你“嘿,空气里有啥气体哦!”。
哇,听起来是不是有点像科幻电影里的高科技设备?半导体气体传感器的用途可不止检测厨房里的油烟。
它可以用在很多地方,比如说工业领域、环境监测、汽车排放检测等等。
你知道吗?在工厂里,如果有有害气体泄漏,传感器会立马报警,确保工人们的安全。
这就像一个忠实的守卫,时刻关注着你身边的一切。
真是让人感到安心。
再说说它的反应速度。
半导体气体传感器反应速度可快了!就像闪电一样,转眼之间就能给你答案。
因为它的结构很简单,不需要经过复杂的处理,就能在短时间内检测到气体的变化。
这样一来,很多场合都能用得上,生活中大大小小的问题,都能找到它的身影。
多实用啊,简直是“随叫随到”的小助手。
不过,半导体气体传感器也有自己的“小脾气”。
它对环境的变化可敏感了,比如温度、湿度这些,都可能影响它的表现。
想象一下,外面下雨了,空气湿气重,它可能就会有些“情绪波动”,导致检测结果不太准确。
第十章气体和湿度传感器及其应用10.1气体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。
由于被测气体的种类繁多,性质各不相同,不可能用一种传感器来检测所有气体,所以气敏传感器的种类也有很多。
近年来随着半导体材料和加工技术的迅速发展,实际使用最多的是半导体气敏传感器,这类传感器一般多用于气体的粗略鉴别和定性分析,具有结构简单、使用方便等优点。
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时,产生的电导率等物性变化来检测气体。
按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部,可分为表面控制型和体控制型。
第一类,半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子授受,结果使半导体的电导率等物性发生变化,但内部化学组成不变;第二类,半导体与气体的反应,使半导体内部组成(晶格缺陷浓度)发生变化,而使电导率改变。
按照半导体变化的物理特性,又可分电阻型和非电阻型两类。
电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时,其阻值变化来检测气体的成分或浓度;非电阻型半导体气敏元件是利用其他参数,如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体。
10.1.1电阻型半导体气敏传感器电阻型半导体气敏传感器大多使用金属氧化物半导体材料作为气敏元件。
它分 N 型半导体如 SnO2、Fe2O3、ZnO等;P 型半导体,如 CoO、P b O、CuO、N i O 等。
1.材料和结构因为许多金属氧化物具有气敏效应,这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料,因此称之为半导体陶瓷,简称半导瓷。