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气敏电阻工作原理及参数特点
发布时间:2020-11-17 阅读量:2601 来源:我爱方案网 作者:我爱方案网

气敏电阻传感器常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层),使用时对铂丝通以电流,保持300℃~400℃的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧。


气敏电阻工作原理及参数特点


因此,铂丝的温度会上升,铂丝的电阻值也上升;通过测量铂丝的电阻值变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体 直接氧化或还原产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点,应用极其广泛;半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小;P型阻值随气体浓度的增大而增大。像SnO2金属氧化物半导体气敏材料,属于 N型半导体,在200~300℃温度它吸附空气中的氧,形成氧的负离子吸附,使半导体中的电子密度减少,从而使其电阻值增加。


当遇到有能供给电子的可燃气体(如CO等)时,原来吸附的氧脱附,而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面;氧脱附放出电子,可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子, 从而使氧化物半导体导带电子密度增加,电阻值下降。可燃性气体不存在了,金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附,使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。


气敏电阻一种是直热式,加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内;另一种是旁热式,这种气敏元件以陶瓷管为基底,管内穿加热丝,管外侧有两个测量极,测量极之间为金属氧化物气敏材料,经高温烧结而成。


以SnO2气敏元件为例,它是由0.1--10um的晶体集合而成,这种晶体是作为N型半导体而工作的。在正常情况下,是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时,电子从气体分子向半导体迁移,半导体的载流子浓度增加,因此电导率增加。而对于p型半导体来说,它的晶格是阳离子缺位状态,当遇到可燃性气体时其电导率则减小。气敏电阻的温度特性,纵坐标为灵敏度,即由于电导率的变化所引起在负载上所得到的值号电压。由曲线可以看出,SnO2在室温下虽能吸附气体,但其电导率变化不大。但当温度增加后,电导率就发生较大的变化,因此气敏元件在使用时需要加温。


气敏电阻工作原理及参数特点


气敏电阻主要参数。加热功率为加热电压与加热电流的乘积。工作电压指工作条件下,气敏电阻两极间的电压。灵敏度是气敏电阻在最佳工作条件下,接触气体后其电阻值随气体浓度变化的特性。如果采用电压测量法,其值等于接触某种气体前后负载电阻上电压降之比。响应时间是在最佳工作条件下,接触待测气体后,负载电阻的电压变化到规定值所需的时间。恢复时间是在最佳工作条件下,脱离被测气体后,负载电阻上电压恢复到规定值所需要的时间。


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