【正文】 生氧化反應 (接觸燃燒 )所需要的熱量 。 A F2 F1 M R1 R2 C B D W2 W1 E0 ?半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體表面接觸時 , 產(chǎn)生的電導率等物理性質變化來檢測氣體的 . ?按照半導體與氣體相互作用時產(chǎn)生的變化只限于半導體表面或深入到半導體內(nèi)部 ,可分為 表面控制型 和 體控制 型。后者半導體與氣體的反應 ,使半導體內(nèi)部組成發(fā)生變化 ,而使電導率變化 . 二、半導體氣體傳感器 ?按照半導體變化的物理特性 ,又可分為 電阻型和非電阻型 ,電阻型半導體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時 ,其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度 。 一般其固有電阻值在 (103～ 105)Ω范圍 。由于經(jīng)濟地理環(huán)境的差異，各地區(qū)空氣中含有的氣體成分差別較大，即使對于同一氣敏元件，在溫度相同的條件下，在不同地區(qū)進行測定，其固有電阻值也都將出現(xiàn)差別。 （ 2）氣敏元件的靈敏度 是表征氣敏元件對于被測氣體的敏感程度的指標。表示方法有三種 （ a） 電阻比靈敏度 K （ b）氣體分離度 RC1— 氣敏元件在濃度為 C1的被測氣體中的阻值： RＣ 2— 氣敏元件在濃度為 C2的被測氣體中的阻值 。 （ c） 輸出電壓比靈敏度 KV Va:氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的電壓輸出； Vg:氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負載電阻的電壓輸出 gaVVVK ?21CCRR??Ra—氣敏元件在潔凈空氣中的電阻值； Rg—氣敏元件在規(guī)定濃度的被測氣體中的電阻值 gaRRK ?（ 4）氣敏元件的響應時間 表示在工作溫度下 ， 氣敏元件對被測氣體的響應速度 。 agiaggigVVVVVVS?????? （ 3）氣敏元件的分辨率 表示氣敏元件對被測氣體的識別（選擇）以及對干擾氣體的抑制能力。 為氣敏元件提供必要工作溫度的加熱電路的電阻 (指加熱器的電阻值 )稱為加熱電阻 ， 用 RH表示 。 氣敏元件正常工作所需的加熱電路功率 ， 稱為加熱功率 ， 用Ｐ Ｈ 表示 。 （ 6）氣敏元件的恢復時間 表示在工作溫度下 ,被測氣體由該元件上解吸的速度 ,一般從氣敏元件脫離被測氣體時開始計時 ,直到其阻值恢復到在潔凈空氣中阻值的 63％時所需時間。因此 ,使氣敏元件恢復正常工作狀態(tài) ,需要一定的時間 ,稱為氣敏元件的初期穩(wěn)定時間。由開始通電直到氣敏元件阻值到達穩(wěn)定所需時間 ,稱為初期穩(wěn)定時間。存放時間越長 ,其初期穩(wěn)定時間也越長。 下表給出了半導體氣敏器件的分類 。 電阻式又可分成表面電阻控制型和體電阻控制型 。 半導體氣敏傳感器的種類及工作機理 半導體氣敏器件的分類 ? 半導體電阻型氣敏器件 適宜制作半導體氣敏傳感器的材料主要是氧化物 。 由氧化物半導體粉末制成的氣敏元件 ,具有很好的疏松性 ,有利于氣體的吸附 ,因此其響應速度和靈敏度都較好 。 （ 1） ． 表面電阻控制型氣敏器件 用金屬氧化物半導體 SnO ZnO等材料制作的表面電阻控制型氣體傳感器 ,為了加快氣體分子在表面上的吸附作用 ,將器件加熱到 150176。 下圖給出了幾種表面電阻控制型氣體傳感器的結構 ,圖 敏傳感器阻值與被測氣體濃度的關系 。(c)厚膜型 。(c)厚膜型 。 直熱式氣敏器件的結構及符號如圖所示 。 體電阻控制型半導體氣敏器件與被檢測氣體接觸時 ,引起器件體電阻改變的原因比較多 。 Ｃ下 ,在半導體表面吸附可燃性氣體時 ,由于這類器件的工作溫度比較高 ,被吸附氣體燃燒使器件的溫度進一步升高 ,因此 ,半導體的體電阻發(fā)生變化 。 比如 ,目前常使用的 γ Fe2O3氣敏器件 ,其結構如圖 。 也就是說 ,由 γ Fe2O3被還原成 Fe3O4時形成 Fe+2離子 。 這種轉變又是可逆的 。 這就是 γFe2O3氣敏器件的工作原理 。 接觸還原性氣體后電阻值下降 。 圖中表明 :它對異丁烷和丙烷很靈敏 ,適合探測液化石油氣 。 ? – 為防止煤氣（ H2,CO），天然氣（ CH4），液化石油氣（ C3H C4H10）及 CO等氣體泄漏引起中毒、燃燒或爆炸； – 目前在該報警器上大都使用 SnO2氣體傳感器。 ? – 節(jié)省能源，防止環(huán)境污染，保持良好的車內(nèi)環(huán)境； – 控制燃空比，需用氧傳感器（ ZrO2傳感器）； – 控制污染，檢測排放氣體，需用 CO,NO,HCL,O2等傳感器； – 內(nèi)部空調，需用 CO、煙、濕度傳感器。 – 食品工業(yè)，對水產(chǎn)物的鮮度進行科學評價，使用電化學氧傳感器。 ? – 可燃氣泄漏報警，換氣扇，抽油煙機的自動控制。主要有質量百分比和體積百分比、相對濕度和絕對濕度、露點（霜點）等表示法。 85 濕 敏 傳 感 器 m／ M 100％ – 大氣的干濕程度，通常是用大氣中水汽的密度來表示的。 – 大氣的水汽密度又可以規(guī)定為大氣中所含水汽的壓強，又把它稱為大氣的絕對濕度，用符號AH表示，常用的單位是 mmHg。 在體積為 V的混合氣體中，若含水蒸氣的體積為 v，則體積百分比為 – 把大氣的絕對濕度跟當時氣溫下的飽和水汽壓的百分比稱為 大氣的相對濕度 。 大氣的相對濕度表明了大氣中的水汽離飽和狀態(tài)的遠近程度 。 – 結露 ：大氣中的未飽和水汽接觸到溫度較低的物體時，就會使大氣中的未飽和水汽達到或接近飽和狀態(tài)，在這些物體上凝結成水滴，這種現(xiàn)象稱為結露。（當此溫度低于 0℃ 時，又稱為霜點） ?濕度檢測與控制的重要性 – 具有 粉塵作業(yè)和電火工品 生產(chǎn)的車間，當濕度小而產(chǎn)生靜電時，容易產(chǎn)生爆炸； – 大規(guī)模 集成電路生產(chǎn) 過程中，當相對濕度低于30%時，容易產(chǎn)生靜電影響生產(chǎn)； – 倉庫 濕度過大，會使存放的物資變質或霉爛； – 紡織廠 為了減少棉紗斷頭，車間要保持相當高的濕度； – 人類的 居住環(huán)境 要保持一定的濕度才能舒適。 全濕度范圍用相對濕度 (0～ 100)％ RH表示 ， 它是濕度傳感器工作性能的一項重要指標 。以電阻為例，在規(guī)定的工作濕度范圍內(nèi)，濕度傳感器的電阻值隨環(huán)境濕度變化的關系特性曲線，簡稱 阻濕特性 。有的阻值隨著濕度的增加而減小，這種為 負特性濕敏電阻器 ，如 TiO2－ SnO2陶瓷濕敏電阻器。 感濕靈敏度 簡稱靈敏度 ， 又叫濕度系數(shù) 。 各種不同的濕度傳感器，對靈敏度的要求各不相同，對于低濕型或高濕型的濕度傳感器，它們的量程較窄，要求靈敏度要很高。 特征量溫度系數(shù) 反映濕度傳感器在感濕特征量 —— 相對濕度特性曲線隨環(huán)境溫度而變化的特性 。 在環(huán)境溫度保持恒定時 ， 濕度傳感器特征量的相對變化量與對應的溫度變化量之比 ， 稱為 特征量溫度系數(shù) 。 電容溫度系數(shù) (%/℃ )= 電阻溫度系數(shù) (%/℃ )= 感濕溫度系數(shù) 反映濕度傳感器溫度特性的一個比較直觀 、 實用的物理量 。 或環(huán)境溫度每變化 1℃ 時 ， 所引起的濕度傳感器的濕度誤差 。 下圖為感濕溫度系數(shù)示意圖 。一般是以相應的起始和終止這一相對濕度變化區(qū)間的 63％作為相對濕度變化所需要的時間，也稱時間常數(shù)，它是反映濕度傳感器相對濕度發(fā)生變化時，其反應速度的快慢。也有規(guī)定從起始到終止 90％的相對濕度變化作為響應時間的。大多數(shù)濕度傳感器都是脫濕響應時間大于吸濕響應時間，一般以脫濕響應時間作為濕度傳感器的響應時間。 濕度檢測較之其它物理量的檢測顯得困難 ，這首先是因為空氣中水蒸氣含量要比空氣少得多；另外 ， 液態(tài)水會使一些高分子材料和電解質材料溶解 ，一部分水分子電離后與溶入水中的空氣中的雜質結合成酸或堿 ， 使?jié)衩舨牧喜煌潭鹊厥艿礁g和老化 ，從而喪失其原有的性質；再者 ， 濕信息的傳遞必須靠水對濕敏器件直接接觸來完成 ， 因此濕敏器件只能直接暴露于待測環(huán)境中 ， 不能密封 。微型化 、 集成化及廉價是濕敏器件的發(fā)展方向 。 人的頭發(fā)有一種特性，它吸收空氣中水汽的多少是隨相對濕度的增大而增加的，而毛發(fā)的長短又和它所含有的水分多少有關。 ? 用酒精等物將毛發(fā)洗凈除油脂，以毛發(fā)十根為一束裝置在容器中，利用杠桿原理，擴大它的伸縮藉指針直接在刻度板上指出濕度。 毛發(fā)濕度計 干濕球濕度表 ? 用一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。與此同時，濕球又從流經(jīng)濕球的空氣中不斷取得熱量補給。 ?干濕球溫度差值的大小，主要與當時的空氣濕度有關。 干濕球濕度表 一 、 氯化鋰濕敏電阻 氯化鋰濕敏電阻是利用吸濕性鹽類潮解 ， 離子導電率發(fā)生變化而制成的測濕元件 。 濕敏電阻結構示意圖 12341— 引 線 ； 2— 基 片 ；3— 感 濕 層 ； 4— 金 電 極（電解質濕度傳感器） 氯化鋰濕度 —電阻特性曲線 吸附脫附15 ℃7 . 06 . 56 . 05 . 55 . 04 . 54 . 040 50 60 70 80 90相 對 濕 度 / % R H電阻值的對數(shù) /??二 、 陶瓷濕敏電阻 通常 ， 是用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結而成為多孔陶瓷 。 1. 負特性濕敏半導瓷的導電機理 由于水分子中的氫原子具有很強的正電場 ， 當水在半導瓷表面吸附時 ， 就有可能從半導瓷表面俘獲電子 ， 使半導瓷表面帶負電 。 若該半導瓷為Ｎ型 ， 則由于水分子的附著使表面電勢下降 ， 如果表面電勢下降較多 ， 不僅使表面層的電子耗盡 ， 同時吸引更多的空穴達到表面層 ， 有可能使到達表面層的空穴濃度大于電子濃度 ， 出現(xiàn)所謂表面反型層 ， 這些空穴稱為反型載流子 。 因此 ， 由于水分子的吸附 ， 使 N型半導瓷材料的表面電阻下降 。 圖 99表示了幾種負特性半導瓷阻值與濕度之關系 。 當水分子附著半導瓷的表面使電勢變負時 ， 導致其表面層電子濃度下降 ， 但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型程度 ， 此時仍以電子導電為主 。 圖 910給出了 Fe3O4正特性半導瓷濕敏電阻阻值與濕度的關系曲線 。 Fe3O4半導瓷的正濕敏特性 0 20 40 60 80 1 0 0相 對 濕 度 / % R H801 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 0電阻 / ?3. 典型半導瓷濕敏元件 （ 1） MgCr2O4TiO2濕敏元件 MgCr2O4TiO2陶瓷 陶 瓷 基 片固 定 端 子金 屬 電 極加 熱 線 圈濕 敏 陶 瓷 片引線?生產(chǎn)過程 ：按適當比例配料 —加水研磨 —干燥 —模壓成型 —放入燒結爐內(nèi)高溫燒結 2小時 —切割成4 5 。m，表面積增大，具有良好的吸濕性。 ?介質的水分和電阻的關系 在低水分區(qū)為指數(shù)特性 ，其電阻值隨介質水分的增大而呈指數(shù)下降。 hdDClg)( 0?? ??微波水分傳感器 濕度傳感器應用實例 ? 雞、鴨雛室濕度控制器 濕度傳感器應用實例 汽車后窗玻璃自動去濕裝置 濕度傳感器應用實例 盆花缺水指示器 濕度傳感器應用實例