氣敏傳感器原理

　　氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器，它對于環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極重要的作用。氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測現(xiàn)場溫度、濕度的變化很大， 又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。所以對氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測報(bào)警氣體的允許濃度和其他標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的氣體濃度，能長期穩(wěn)定工作，重復(fù)性好，響應(yīng)速度快，共存物質(zhì)所產(chǎn)生的影響小等。

　　聲波器件表面的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值。

　　氣敏傳感器主要參數(shù)及特性

　　靈敏度：對氣體的敏感程度

　　響應(yīng)時(shí)間 ：對被測氣體濃度的響應(yīng)速度

　　選擇性：指在多種氣體共存的條件下，氣敏元件區(qū)分氣體種類的能力穩(wěn)定性：當(dāng)被測氣體濃度不變時(shí)，若其他條件發(fā)生改變，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)氣敏元件輸出特性保持不變的能力溫度特性：氣敏元件靈敏度隨溫度變化而變化的特性濕度特性：氣敏元件靈敏度隨環(huán)境濕度變化而變化的特性電源電壓特性：指氣敏元件靈敏度隨電源電壓變化而變化的特性時(shí)效性與互換性：反映元件氣敏特性穩(wěn)定程度的時(shí)間，就是時(shí)效性；同一型號(hào)元件之間氣敏特性的一致性，反映了其互換性。

　　氣敏傳感器應(yīng)用

　　氣敏傳感器的應(yīng)用主要有：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂勠11、R12蘺檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。 由于氣體種類繁多， 性質(zhì)各不相同不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體因此能實(shí)現(xiàn)氣-電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多按構(gòu)成氣敏傳感器材料可分為半導(dǎo)體和非半導(dǎo)體兩大類。目前實(shí)際使用最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器因此本文主要講述半導(dǎo)體氣敏元件的有關(guān)原理及應(yīng)用。

　　半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)變化來檢測氣體的。 按照半導(dǎo)體與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生的變化只限于半導(dǎo)體表面或深入到半導(dǎo)體內(nèi)部，可分為表面控制型和體控制型，前者半導(dǎo)體表面吸附的氣體與半導(dǎo)體間發(fā)生電子接受，結(jié)果使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率等物理性質(zhì)發(fā)生變化，但內(nèi)部化學(xué)組成不變，后者半導(dǎo)體與氣體的反應(yīng)，使半導(dǎo)體內(nèi)部組成發(fā)生變化而使電導(dǎo)率變化。 按照半導(dǎo)體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型，電阻型半導(dǎo)體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時(shí)，其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度廠半導(dǎo)體式氣敏元件則是根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，使其某些關(guān)系特性發(fā)生改變無對氣體進(jìn)行直接或間接的檢測，如二極管伏安特性和場效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的。