【正文】 圖 321 圖 321 加熱器可以將附著在敏感元件表面上的塵埃 、 油霧等燒掉 ，加速氣體的吸附 ， 提高其靈敏度和響應速度 。 旁熱式是將加熱絲和敏感 元件同 置于一個陶瓷管內(nèi)，管外涂梳狀金電極作測量極，在金電極外再涂上 SnO2等材料。器件熱容量大，降低了環(huán)境溫度對器件加熱溫度的影響，所以這類結構器件的穩(wěn)定性、可靠性比直熱式的好。 2131 ?? m 在氣敏材料 SnO2中添加鉑 (Pt)或鈀 (Pd)等作為催化劑，可以提高其靈敏度和對氣體的選擇性。在 200℃ 以下 ， 檢測 CO最好；而在 300℃ 時 ， 則檢測丙烷最好；在 400℃以上檢測甲烷最佳 。 由于環(huán)境溫度 、 濕度對其特性有影響 ， 所以便用時 ， 通常需要加溫度補償 。例如 ． 在 ZnO中添加 Pd， 則對 H2和 CO呈現(xiàn)出較高的靈敏度；而對丁烷(C4H10)、 丙烷 (C4H8)、 乙烷 (C4H6)等烷烴類氣體則靈敏度很低 ， 如下圖 (a)所示 。 由于這類器件的制造工藝成熟 ， 便于器件集成化 ， 因而其性能穩(wěn)定且價格便宜 。 其等效電路見下圖 8(b)。 根據(jù)這一特性就可用于測定 H2的濃度 。 因為 Pd對 H2有很強的吸附性 ， 當 H2吸附在 Pd柵極上 ， 引起 Pd的功函數(shù)降低 。 IDS隨 VDS和 VGS 的大小而變化 ， 其變化規(guī)律即為 MOSFET的 VA特性 。 由于這類器件特性尚不夠穩(wěn)定 ， 只能作 H2的泄漏檢測 。 若被測空氣的體積為 V， 被測空氣中水蒸氣的含量為 mV， 絕對濕度 =V／ mV。雖然人類早已發(fā)明了毛發(fā)濕度計 、 干濕球濕度計 ， 但因其響應速度 、靈敏度 、 準確性等性能都不高 ， 而且難以與現(xiàn)代的控制設備相聯(lián)接 ，所以只適用于家庭 。但對一種具體的傳感器一般是無法覆蓋全量程的，所以濕度傳感器的標稱量稱越大，使用的價值就越大。靈敏度的溫度系數(shù)就是相對濕度特性曲線與溫度間的關系。原因是濕敏元件吸濕和脫濕的響應時間不同。 經(jīng)老化處理 ， 便制成了氯化理濕敏元件 ，其結構如右圖 (a)所示 。 由圖可知 ， 在 50％ ～ 80％ 相對濕度范圍內(nèi) ， 電阻與濕度的變化成線性關系 。 缺點是耐熱性差 ， 不能用于露點以下測量 。 無論是負特性 ， 還是正特性的濕敏元件的工作機理至今尚無公認 。 它的電阻率較低 ， 阻值溫度特性好 。 器件安裝在高致密 、 疏水性的陶瓷片底府上 。 ⑵ ZnOCr2O3陶瓷濕敏元件 ZnOCr2O3濕敏元件的結構是將多孔材料的電極燒結在多孔陶瓷圓片的兩表面上 ， 并焊上 Pt引線 ， 然后將敏感元件裝入有網(wǎng)眼過濾器的方形塑料盒中用樹脂固定 ． 就形成了 ZnOCr2O3陶瓷濕度傳感器 。 基片上用絲網(wǎng)印刷工藝制成梳狀金電極 。左下圖和右下圖分別為國產(chǎn) MCS型 Fe3O4濕敏器件的電阻 濕度特性和溫度特性曲線 。 3． 高分子濕敏元件 (1)電容式濕敏元件 高分子電容式濕敏元件是利用濕敏元件的電容值隨濕度變化的原理進行濕度測量的 。 (吸濕 濕度上升過程 、 脫濕曲線不重合 ) (2)石英振動式濕敏元件 在石英品片的表面涂敷一層聚胺酯高分子膜，當膜吸濕時，由于膜的重量變化而使石英晶片振蕩頻率發(fā)生變化，不同的頻率就代表不同程度的濕度。 測量固體或與水不相溶的液體物質內(nèi)水分含量的儀器稱為水分計 。 如植物細胞壁中的水 、 水合物中的水均屬此類 。直接法基于關于水分的定義，準確度高；間接法便于現(xiàn)場測試。其含水率的測量范圍為 5%～ 40%，測量精度約為 %，但需進行溫度補償。 對于硅半導體，在室溫（ T=300K） 下： 即在室溫下 ， 溫度每升高 1度 ， 正向結壓降就下降 2mV。 所以盡管價格低廉 ， 但應用并不特別廣泛 。 C 動態(tài)輸出： 1μA/K（ +25176。)0(。 2． 電壓輸出型集成溫度傳感器 代表性器件： LM135的主要參數(shù) （ 三端器件 ） 靜態(tài)輸出： （ +25℃ and IR =1mA） 測溫范圍： –55～ +150 ℃ （ LM135） 動態(tài)電阻： （ +25℃ and IR =1mA） 動態(tài)輸出： 10mV/ ℃ LM13 LM23 LM335的封裝外外形及引線 基本應用電路 恒流源供電電路 靜態(tài)輸出調整電路 串聯(lián)擴展 靈敏度電路 可歸零電路（ t =0℃ ； V0 =0） 調節(jié) 22K電位器，可以實現(xiàn)當溫度為 0℃ 時，電路輸出為零。 。 2℃ （ 分辨率 ℃ ） ⑵ DS1820型 8/16一總線 數(shù)字溫度傳感器 DS1820有關參數(shù) 工作電壓： +3V to +. 封裝外形： PR35 測溫范圍： 55℃ to +125℃ 測溫精度： 177。pB KWU ?? 7 3絕對溫度與攝氏溫度間的換算 由于 tP = 0℃ 時， UB = UP，所以， t = 0℃ 時 OP07輸出為零。在本圖中分別調節(jié) W2 和 W1使： 設： AD590的溫度靈敏度為 KP ， 則： 即可。 C () （ +25176。2DWM1型測溫專用二極管的特性曲線（ 恒流源供電 ） 。實驗表明，水分的含量與被吸收的微波強度呈線性關系；水分子對 2450MHz(s波段 )和 10680MHz(x波段 )的電磁波吸收最為顯著。 即 水分為 WR與 電阻 Rx成指數(shù)關系，水分為 WR的對數(shù)與 電阻 Rx的對數(shù) 成線性關系： 。 2．水分的測量方法 水分的測量可分為直接法和間接法兩種。 如海綿吸附的水和木材中的水分都屬于此類水分 。 5％ RH。 將薄膜覆蓋在叉指形金電極 (下電極 )上 ， 然后在感濕薄膜表面上再蒸鍍一層多孔金屬膜 (上電極 )， 如此結構就構成了一個平行扳電容器 。 例如 ，在 80℃ 、 5％ ～ 80％ RH的環(huán)境中 ， 重復檢測 104次 ， 重復誤差為 5％ 。 Fe3O4濕敏器件屬于負特性的感濕體 。 ⑶ 膜型四氧化三鐵 (Fe3O4)濕敏元件 Fe3O4濕敏器件由基片 、 電極和感濕膜組成 。國產(chǎn) SM1型濕敏半導體傳感器就是這種結構形式 。 然后 ， 將該陶瓷體切割成薄片 ， 在薄片兩面 ， 再印制并燒結叉指形氧化釕電極 ， 便成了感濕體 。 ⑴ MgCr2O4 TiO2濕敏元件 氧化鎂復合氧化物 —二氧化鈦 (MgCr2O4 TiO2)濕敏材料通常制成多孔陶瓷型 “ 濕 電 ” 轉換器件 ， 它是負特性半導瓷 。 2． 半導體陶瓷濕敏元件 半導體陶瓷濕敏元件通常用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結成多孔陶瓷 ， 這些材料有 ZnOLiO2V2O5系 、 SiNa2O V2O5系 、TiO2MgOCr2O3系 、 Fe3O4等 。 氯化鋰濕敏元件的檢濕優(yōu)點是滯后小 ， 不受測試環(huán)境風速影響 ， 檢測精度高達 177。 實踐證明 ， 其溶液中的離子導電能力與濃度成正比 。 它是利用電阻值隨環(huán)境相對濕度變化而變化的機理制成的測濕元件 。當然是越短越好。通常希望這種曲線在在全量程上是連續(xù)的，并呈線性關系。 原因是空氣中水蒸氣的含量少 ， 而且在水蒸氣中 ， 各種感濕材料涉及到的種種物理 、 化學過程十分復雜 ， 目前尚未完全清楚所存在問題的原因 。 相對濕度給出大氣的潮濕程度 ， 因此它是一個無量綱的值 。通常采用絕對濕度和相對濕度兩種方法表示。 VT的大小除 了與襯底材料的性質有關外 ，還與金屬和半導體之間的功函數(shù)有關 。 這個 N型區(qū)就將源極和漏極連接起來 ， 形成導電通道 ， 即為 N型溝道 ， MOSFET進入工作狀態(tài) 。 從圖可知 ， 它們的主要區(qū)別在于柵極 (G)。 其函數(shù)關系稱為該類 MOS二極管的 C – V特性 。 MOS二極管氣敏元件是在 P型半導體硅片上 ， 利用熱氧化工藝生成一層厚度為 50～ 100nm的二氧化硅 (SiO2)層 ， 然后在其上面蒸發(fā)一層鈀(Pd)的金屬薄膜 ， 作為柵電極 ， 如下圖 (a)所示 。 非電阻型 (電壓控制型 )氣敏器件 非電阻型氣敏器件也是半導體氣敏傳感器之一 。 它的工作溫度比SnO2系氣敏元件約高 100℃ 左右 ， 因此不及 SnO2系元件應用普遍 。 雖然目前尚不明確其機理 ， 但可利用這一現(xiàn)象對 CO濃度作精確的定量檢測 。 在同一工作溫度下 、 含 %（ 重量 ） Pd的氣敏元件對 CO最靈敏；而含 ％ (重量 )Pd時 ， 卻對 CH4最靈敏 。 氣敏元件的阻值 RC與空氣中被測氣體的濃度 C成對數(shù)關系： log RC＝ m logC+n 式中 n與氣體檢測靈敏度有關 ， 除了隨材料和氣體種類不同而變化外 ， 還會由于測量溫度和添加劑的不同而發(fā)生大幅度變化 。它的缺點是熱容量小，易受環(huán)境氣流的影響，測量回路和加熱回路間沒有隔離而相互影響。 加熱方式一般有直熱式和旁熱式兩種 ，因而形成了直熱式和旁熱式氣敏元件 。 這種器件是將SnO2或 ZnO等材料與 3％ ～ 15％ (重量 )的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠 ， 把厚膜 膠用絲網(wǎng)印刷到裝有鉑電極的氧化鋁 (Al2O3)或氧化硅 (SiO2)等絕緣基片上，再經(jīng) 400～ 800℃ 溫度燒結 1h制成。 采用蒸發(fā)或濺射工藝 ， 在石英基片上形成氧化物半導體薄膜（ 其厚度約在 100nm以下 )。因此 ， 被稱為半導體導瓷 ， 簡稱半導瓷 。 二 、 電阻型半導體氣敏傳感器的結構 電阻型半導體氣敏傳感器通常由氣敏元件 、 加熱器和封裝體等三部分組成 。 根據(jù)這一特性 ， 可以從阻值的變化得知吸附氣體的種類和濃度 。 具有正離子吸附傾向的氣體有 H CO、 碳氫化含物和醇類 ， 它們被稱為 還原型氣體或電子供給性氣體 。 一部分被蒸發(fā)掉 ，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解而吸附在吸附處 。 自從 60年代研制成功 SnO2(氧化錫 )半導體氣敏元件后 ， 氣敏元件進入了實用階段 。 按構成氣敏傳感器材料可分為半導體和非半導體兩大類 。 若外部激勵產(chǎn)生細絲電流振蕩 ， 電路中產(chǎn)生振蕩電流 ， 則負載電阻 R上獲得脈沖輸出；若外部激勵沒有達到產(chǎn)生細絲電流沖 Z元件原理示意圖 擊或細