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第三节 气体传感器PPT课件

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《气体传感器简介》课件

《气体传感器简介》课件

3
应用扩展
气体传感器的应用领域将继续扩展，包括环境监测、工业控制等。
气体传感器的原理
1 热导法传感器
通过测量气体导热性的变化来检测气体的存在和浓度。
2 电化学传感器
使用电化学反应来测量气体浓度，常用于汽车尾气传感器等应用。
3 红外线吸收传感器
利用气体对特定波长的红外线的吸收程度来检测气体的存在和浓度。
气体传感器的应用
汽车尾气传感器
用于监测和控制汽车尾气中的有害气体排放，以保护环境和人类健康。
《气体传感器简介》PPT 课件
欢迎来到《气体传感器简介》的课件！在这个课程中，我们将介绍气体传感 器的定义、原理、应用、性能参数、优劣势以及发展前景。
什么是气体传感器
定义
气体传感器是一种能够检测和测量环境中气体浓度的设备，用于监测和控制气体的存在和浓 度。
种类
气体传感器有许多不同的种类，包括热导法传感器、电化学传感器和红外线吸收传感器。
3 响应时间
指传感器从检测到气体存 在到产生反应的时间，响 应时间越短越好。
气体传感器的优劣势
优势
高灵敏度、实时监测、易于集成、可靠性高。
劣势
受环境影响、有一定的误差、成本较高。
气体传感器的术，实现气体传感器的智能监测和远程控制。
2
新型气体传感器的研究
不断研发新的气体传感器，提高传感器的性能和应用范围。
家庭燃气泄露传感器
用于检测家庭燃气泄露，及时发现并避免发生火灾和爆炸事故。
空气质量监测传感器
用于测量和监测空气中的有害气体浓度，帮助改善城市空气质量。
气体传感器的性能参数
1 灵敏度
2 工作温度范围
指传感器对气体浓度变化 的敏感程度，越高表示越 容易检测到低浓度的气体。

《气体传感器简介》课件

《气体传感器简介》课件

复合材料
通过组合不同材料的优点 ，实现气体传感器性能的 优化。
智能化与网络化的发展
智能化
通过集成微处理器和算法，实现气体 传感器的自动校准、数据分析和远程 控制等功能。
网络化
将气体传感器接入互联网，实现数据 的实时传输、远程监控和跨区域的数 据共享。
在环保监测领域的应用前景
大气污染监测
用于监测空气中的有害气 体和温室气体，为环境保 护提供数据支持。
详细描述
电化学气体传感器利用气体在电极表面发生的电化学反应来检测气体的浓度。这种传感器通常由至少两个电极组 成，其中一个电极是敏感电极，能够与被测气体发生反应，另一个电极作为参照电极。通过测量电化学反应产生 的电流或电压来计算气体的浓度。
光学气体传感器
总结词
基于不同气体对光的吸收或反射不同的原理进行检测。
详细描述
光学气体传感器利用不同气体对特定波长的光具有不同的吸收或反射特性，通过测量光通过气体时发 生的变化来检测气体的浓度。这种传感器通常由光源、光路和检测器组成，通过测量光强的变化来计 算气体的浓度。
固态电解质气体传感器
总结词
基于气体在固态电解质中的离子传导性 能不同的原理进行检测。
VS
详细描述
工作原理
电化学传感器
利用电化学反应检测气体，通 过测量电流或电压变化来推断
气体浓度。
半导体传感器
利用气敏材料的电阻变化来检 测气体，当气体与敏感材料接 触时，电阻发生变化，从而检 测气体浓度。
红外传感器
利用红外线吸收原理检测气体 ，通过测量气体对红外线的吸 收程度来推断气体浓度。
催化燃烧传感器
利用催化燃烧原理检测气体， 当气体与敏感材料接触时，发 生催化燃烧反应，从而检测气

气体传感器介绍 ppt课件

气体传感器介绍 ppt课件
称为该气体或蒸气的爆炸下限。 ppm：百万分之一。 ppb：十亿分之一。
专业成就卓越
部分可燃性气体、液体爆炸分类表
气体名称
甲烷 丙烷 乙烯 氢气 一氧化碳 天然气 液化石油气 城市煤气 煤油 乙醇 丙酮 甲醛 苯
爆炸极限(%)
下限
上限
5
15
2.2
9.5
3.1
32
4.0
75
12.5
74
5
15
物理类气体传感器:光电传感器、热电传感器、 压电传感器、磁电传感器、气电传感器、波 式和射线射线传感器等。
3、气体传感器常用术语
专业成就卓越
灵敏度：元件在规定的工作条件下，其在一定的气体浓度下的输出（电压、电流、 电阻等，下同）与洁净空气或参比气体中的输出的差值或比值。
响应时间：传感器接触的气体浓度发生阶跃变化时，其输出变化达到稳定值的规定 的百分比（一般为70%或90%）时所需的时间。
3 2.5
2 1.5
1 0.5
0
0
MMQQ--44S对 甲甲 烷烷响的应响恢应复恢曲复曲 线线
3
4
30
0.7
5
3.3
19
2.15
13
7
73
1.2
8
比重 (空气=1)
0.55 1.56
0.069 0.967
<1 >1 0.4 4∽5 1.59 2.0
发火点 537.8 467.8 585 608
210 363
4、气体传感器应用实例
专业成就卓越
重庆川东油田井喷 死300-人
2003年12月23日22 时许，重庆市开 县境内川东北气 矿一矿井发生天 然气井喷事故， 造成人员严重伤 亡。

气体传感器 讲解概要42页PPT

气体传感器 讲解概要42页PPT
气体传感器 讲解概要
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行Biblioteka 权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

气体电化学传感器PPT课件

气体电化学传感器PPT课件

B.电极：电极材料一般为催化材料，能够长时间内执行半电解反应。通常电 极采用贵金属制造，如铂或进，在催化后与气体分子发生有效反应。根据 传感器类型的不同，
C.电解质：电解质必须有能够促进电解反应，有效将离子电荷传送到电极 的能力。电解质与参考点击形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料 兼容。若电解质蒸发太迅速，传感器信号将减弱。
第4页/共25页
恒定电位电解池型气体传感器
工作过程：
（1）被测气体进入传感器的气室：通过气体扩散或机械泵；先经 过一个过滤器---提高选择性。
（2）反应物从气室到达工作电极前面的多孔膜，并向电极-电解液 界面扩散：工作电极一般不暴露在外，所以气体先经过多孔膜；多 孔膜的作用：防止泄漏，给电极提供结构支持，再次提高选择性。
• 氧气进入膜后在电极ຫໍສະໝຸດ 面迅速还原，外电路检测的氧气还原电流正比 氧气的浓度。
第11页/共25页
伽伏尼电池型气体传感器：
• Clark电极是一种封闭式电极，它用一疏水透气膜将电解池体系与待测体系分开。待测的氧可以通过透气膜 扩散到电极内，而待测溶液中的其他杂质不能透过，这样可以有效地防止电极被待测溶液中某些组分污染而 中毒。
（3）电活性物质在电解液中的溶解：气体在电解液中的溶解速率 在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应时间。
（4）电活性物质在电极表面吸附：待测气体扩散到催化剂电极表 面发生氧化或还原反应，氧化或还原反应速率的大小与气体在电极 表面的吸附密切相关。
（5）扩散速度下的电化学反应：当扩散步骤为速率控制步骤时， 整个反应可以由Cottrell方程描述。
第7页/共25页
恒定电位电解池型气体传感器
应用实例：
一种基于CAN总线的CO气体监测系统

气体传感器PPT演示文稿

气体传感器PPT演示文稿
多采用烧结工艺，以多孔SnO2陶瓷为基底材料，再添加不同 的其他物质，用制陶工艺烧结而成，烧结时埋入加热电阻丝和测 量电极。此外，还有薄膜型与厚膜型两种工艺。
烧结型
电极(铂丝) 氧化物半导体
加热 器 玻璃(尺寸 约1 mm，也有 全为
半导 体的 ) (a)
半导 体 0.5 mm 电极
厚膜型
3 mm
0.6 mm
(b)
a b
V (c)
Schottky二极管
通过在抛光的钨基上沉积重硼P型金刚石膜，再镀上一层 无杂质金刚石，在850度下退火，最后在金刚石表面热蒸发金 属钯形成钯电极，它对氢气的敏感度高。
9
2.2 非电阻型半导体气敏器件
2.2.2 MOSFET型气敏器件
气敏二极管的特性曲线左移可以看作二极管导通电压发生改 变，这一特性如果发生在场效应管的栅极，将使场效应管的阈值 电压UT改变，利用这一原理可以制成MOSFET型气敏器件。
当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液 中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。电导率高，灵敏度和选择性好。
高浓度氧 O2
低浓度氧 O2
设电极的氧分压分别为PO2 (1)、PO2 (2) ，则
在两电极发生如下反应：
()极P ： O2(2), 2O2O24e ()极P ： O2(1), O24e2O2
电路可以测出氢气浓度。
氢气敏MOSFET特点： 灵敏度：氢气浓度高，则变低；氢气浓度低，则变高。 气体选择性高（氢气） 响应时间：温度越高，氢气浓度越高，则响应越快 稳定性：在HCl气氛中生长一层SiO2绝缘层可改善UT随时间漂移特性
11
3 固体电解质气体传感器
固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，

气体传感器综述论文PPT课件

2.4.2红外线气体传感器的基本机构
由光学部件和测量电路构成，测量 电路的结构由光学部件及系统功能决定
红外辐射光源
使用广谱光源 光谱覆盖波长 从1μm到15～
20μm
பைடு நூலகம்气室
抽取式测量的红 外仪器需要气室
红外检测器
用于检测通过气 室的红外光能
2.4.3红外线气体传感器的发展
在线红外气体分析器常用的有五种类型：薄膜微音红外气体分 析器，微流量红外气体分析器；气体滤波相关红外气体分析器，半导 体红外气体分析器，傅立叶红外气体分析器。
•优点：这种传感器成本低廉，具有快速、简便等优点。并且适宜于民用 气体检测的需求。 •缺点：这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料，具有灵敏度低、选 择性不好、稳定性较差、且有的电阻大等缺点，同时受环境影响较大； 尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因 此，不宜应用于计量准确要求的场所。
现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气 体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性 能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。
2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理
气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、 绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电 位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡 型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。
因此，随着人们对电化学传感器的进一步研究和深入发展，电化学气 体传感器研究将向如下方向发展：高灵敏度、高稳定性、长使用寿命 、便携式、微型化、智能化。可以断言，电化学传感器的明天必将海 阔天空。
2.6光纤气体传感器
2.6.1光纤气体传感器的背景
光纤气体传感器是80年代后期出现的一种新型传感器。经过二十 多年的发展，它己应用在社会生活的许多方面：工业气体在线监测、 有害气体分析、环境空气质量监测和爆炸气体检测以及对火山喷发气 体的分析[28-32]。工业上的需要和人们对环境的关注使得光纤气体传感 器的发展非常迅速。有资料表明，美国1996年一2002年光纤气体传 感器年均增长率为27%-30%，而我国对光纤传感器的市场需求也很大。

《气体传感器》PPT课件


器 件 电 阻 / k
电阻型气体传感器的主要特性参数：
1. 固有电阻R0和工作电阻RS
10 0
2. 灵敏度S S＝ RS / R0
50
3. 响应时间T1
4. 恢复时间T2
5
5. 加热电阻RH和加热功率PH
加 热开 关
电阻型气体传感器优缺点：
1. 成本低、制造简单、灵敏度高、响 应快、寿命长、对湿度敏感低、电 路简单。
结型气敏器件又称气敏二极管，是利用气体改变 二极管的整流特性。
将金属与半导体结合做成整流二 级管，其整流作用来源于金属和半导 体功函数的差异，随着功函数因吸附 气体而变化，其整流作用也随之变化
精选PPT
在常温下选择性地对硅烷 响应，灵敏度高。
8
2.2.1 结型气敏器件
MOS二级管气敏元件
利用MOS二极管的电容-电压特性的变化
在两电极发生如下反应：
()极P ： O2(2), 2O2O24e ()极P ： O2(1), O24e2O2
4e
4e
+-
浓差电池原理
上述反应的电动势用能斯特方程表示：
ERlT n P O 2(1 ) 或 E ＝ 0 .04 Tl9n P O 6 2(1 )
nFP O 2(2 )
P O 2(2 )
应用实例见教材
工作原理：
SnO2和空气中电子亲和性大的气体 发生反应，形成吸附氧束缚晶体中的电
子，使器件处于高阻状态；
与被测气体接触，与吸附氧发生反应;
元件表面电导增加，电阻减小。
提高器件的选择性和灵敏度的措施：参
杂改善前者，设置合适的工作温度、改
进制备工艺可改善后者。
精选PPT
4

MEMS 气体传感器简介ppt课件

催化燃烧式气体传感器的原理源自宏观的气体传感 器,主要用于甲烷, CO等易燃易爆气体检测领域。通过 MEMS技术将催化剂制做为薄膜,对其加热。当空气中有易 燃易爆气体存在时,气体分子在催化剂表面发生催化氧化 反应（catalytic oxidation reaction）,并放出热量。经 过热敏元件将温度变化转换为电信号,与参比薄膜进行比 对得到气体体积分数变化,热敏元件常用热敏电阻器,常用 催化剂有氧化Pd, Pt等。MEMS工艺实现催化剂薄膜化、 微型化,并对加热电极、热敏元件进行集成,从而有效减小 传感器的体积。
最新编辑ppt
注：ppm/一百万体积的空气中所检测物的体积数
7
1. 2 气体光谱法
气体的光谱效应有吸收光谱法（absorption
spectroscopy ）、荧光光谱法（ fluorescent
spectrometry ）和拉曼光谱法（ raman spectrometry ）
。MEMS气体光谱仪的核心元件是可调节光学滤镜（ Bragg
金属氧化物(如, ZnO, SnO, TiO2 ) ,还有掺杂有机高分子聚 合物对特定的一类气体有溶解吸附效应（Solution adsorption effect）,称其为气体敏感材料（Gas sensitive materials ）。气体敏感材料吸附了气体分子以后,其材料特 性会发生物理化学变化,如,电阻率改变、热效应出现、密度 改变等。对于这一原理的应用,也是MEMS气体传感器的一大 研究方向。 2.1声表面波（SAW Surface Acoustic Wave）型气体传感器
气体的光声效应(photoacoustic spectroscopy)早在1880 年就由贝尔发现,但直到20世纪80年代,随着激光器和高灵敏麦克 风技术的成熟, 才在气体传感器领域得到研究。

传感器与传感电路技术课件 3.1 气体传感器认知


应用练习
1. 图示TGS-813型气敏电阻中2-5脚间是
其功能是
融会贯通
器。
。
2.图示气敏传感器当被测气体浓度增大时， 端输
出的电压变
。
3.图示气敏传感器的1（3）-4（6）脚间是
该电阻是
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
(接触式/非接触式)。
电阻，
3. 1 气敏传感器认知
聚集问题
激活原知
件，把传感器加热到一定温度，使其被测气体
具有较高的敏感度。
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
3.1 气敏传感器认知
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
融会贯通
3.1.2典型气体传感器
TGS-813
3.原理
• 测量时，先通过2脚和5脚间的加热器给传感器
加热，达到要测量的温度。
• 1（3）脚和4（6）脚间的气敏电阻的阻值随被
• A-A、B-B为敏感元件的2极，用于信号取出。
• H-H为加热极，用于提供加热电流。
2.特性
•
对酒精气体灵敏度较高，可检测多种浓度酒精成
分。
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
•
能抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。
•
成本低，可单独使用，也可模块化使用。
3. 1 气敏传感器认知
聚集问题
激活原知
论证新知
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
气体传感电路
聚集问题
激活原知
论证新知
应用练习
甲醛检测仪
酒精测试仪
空气质量检测仪
燃气泄漏检测仪
项目3 气敏传感器应用电路设计或制作
融会贯通
气体传感电路论证新知
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● 电容式湿度传感器
利用电极间介质吸附水蒸气时电容量发 生变化的原理制成电容式湿度传感器。按 照极间介质分为有机高分子和陶瓷材料两 大类。有机高分子电容式湿度传感器目前 大多采用醋酸丁酸纤维素、聚酰亚胺、硅 树脂为介质。陶瓷电容式湿度传感器用玻 璃和陶瓷如BaTiO3一BaSn02 P型半导体多孔 陶瓷材料作介质，通过控制陶瓷组分的分 散性、孔径、粒度等大大改善了组件的敏 感特性。
露点与相对湿度有对应关系
二、湿度传感器的分类
通常湿度传感器是按照结构分类的，可分为 电阻式、电容式和其他方式三大类。
● 电阻式湿度传感器
利用电导率与湿度的关系制成电阻型湿度传 感器，其中多孔陶瓷材料的种类最多，近来报道 的陶瓷湿度敏感组件有：TiO2一Sn02系等。高分 子电阻型湿度传感器的主要材料为高分子固体电 解质材料，如高氯酸锉一聚氯化乙烯等。具有感 湿灵敏度高，线性度好，响应时间短，制作工艺 简单，成本低等优点。
2. 结构 以SnO2为例
（1）烧结型SnO2气敏元件 ● 直热式SnO2气敏元件
● 旁热式SnO2气敏元件
（2）厚膜型SnO2气敏元件 （3）薄膜型SnO2气敏元件
3.几种常用的半导体气敏传感器的主要参数
4.半导体气敏传感器的应用
三、气敏传感器应用举例
1.简易家用可燃性气体报警器
2.矿灯瓦斯报警器
电容—湿度特性
响应特性：吸湿响应时间都很短，一般都小于5s。 电容—湿度特性：受温度影响非常小。
（2）电阻型高分子膜湿度传感器
主要特性
六、应用 1. 汽车后窗玻璃自动去湿电路
2.浴室镜面水气清除器
3.土壤缺水告知器
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
● 其他类型湿度传感器
除电阻式和电容式外，还有透光量随 湿度而改变的光纤湿度传感器、在H20一N2 气氛下稳定化Zr02限界电流型湿度传感器， 此外，还有浓差电池式、二极管型、石英 振子式、声表面波式、微波式、热导式等 新型湿度传感器。
三.电解质湿度传感器
四.陶瓷湿度传感器
主要特性
五.高分子湿度传感器 （1）电容式湿度传感器
按构成传感器材料的形态上通常将它们分为 干式和湿式两大类。
按工作原理的不同，又可分为半导体式、接 触燃烧式、化学反应式等。
气体传感器的主要应用领域
气体传感器的主要参数与特性 1. 灵敏度：标志着气敏元件对气体的敏感程度。
S R P
K R0 R
2. 响应时间：对被测气体浓度的反应速度。
3. 选择性：区分气体种类的能力。
2. 气敏元件的结构和基本电路
设铂丝线圈电阻值的变化量为 R ，则
RT amQ
CC
式中 ——气敏元件的温度系数；
T ——由于气体燃烧引起的温度上升值； H——由于气体燃R烧K产m 生的热量； C——气敏元件的热容量； m——气体分子的燃烧热； Q——系数。
RKm
3.几种典型的接触燃烧式气敏传感器的主要参数
1.绝对湿度和相对湿度
空气的绝对湿度表示单位体积内空气里所含 水蒸气的质量。
v
m V
g/m3
由于空气湿度与空气中水蒸气压和同一温度下 水的饱和蒸气压之间的差值相关。饱和蒸气压是 指在一定温度下混合气体中所含水蒸气压的最大 值，温度越高，饱和水蒸气压越大。将在某一温 度下水蒸气压同饱和蒸气压的百分比称为相对湿 度(Relative Humidity),表示为：
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
4.接触燃烧式气敏传感器的应用
二、半导体气体传感器
分为电阻型和非电阻型两种。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，它 分N型半导体如SnO2、Fe2O3、 ZnO等， P型半导体 如CuO、NiO等。非电阻型气敏传感器主要是MOS型 气敏传感器。
1.工作原理
气敏元件的电阻值随被测气体的浓度的改变 而改变。这种反应是可逆的，因而可以重复使用。 电阻值的变化是伴随着金属氧化物半导体表面对 气体的吸附和释放而产生的，为了加速这种反应， 通常要用加热器对气敏元件加热。
4. 稳定性：对气体浓度以外的各种因素的抵抗能 力。
5. 温度特性
6. 湿度特性
7. 电源电压特性：需采用恒压源。
一、接触燃烧式气体传感器
1. 检测原理：可燃性气体与空气中的氧接触，发 生氧化反应，产生反应热，发热量与可燃性气 体的浓度有关。测定作为敏感元件的铂丝的电 阻值变化，可检测空气中可燃性气体的浓度。
第三节 气体传感器
气体传感器（或气敏传感器）是用来测量气 体的类别、浓度和成份的传感器。能将被测气体 的浓度转换为与其成一定关系的电量的装置或器 件，是一种气—电转换元件。
由于气体的种类繁多，性质各不相同，不可 能用一种传感器检测所有类别的气体。
按构成气体传感器的材料可分为半导体和非 半导体两大类。目前使用较多的是半导体气敏传 感器。
RH e 100 ％ es
2.露点（霜点）
由于水的饱和蒸气压是随着环境温度 的降低而逐渐下降的，则空气温度越低时 其水蒸气压与同温度下的饱和蒸气压差值 就越小。当温度下降到某一温度时，其水 蒸气压与同温度下的饱和蒸气压相等，此 时空气中的水蒸气将向液相转化而凝结为 露珠，其相对湿度为100％RH，这一特定 的温度被称为空气的露点温度（简称露 点）。空气中水蒸气压越小，露点越低， 因而可以用露点表示空气湿度的大小。
3.酒精测试仪
第四节 湿度传感器
湿度及对湿度的测量和控制对人类日常生活， 工业生产，气象预报，物资仓储等都起着及其重 要的作用。湿度是纺织行业五大检控技术指标之 一，相对湿度过高、过低均影响纺织品）质量， 湿度是气象观测的基本参数之一，其测量准确性 直接决定着天气预报的量用湿度来描述， 其表示方法主要有绝对湿度、相对湿度、露点 （霜点）等表示法。