项目九 湿敏VIP免费

【知识要求】1.了解气敏传感器的原理及应用范围。2.了解气敏传感器的分类及工作特点。3.通过与传统的气体检测传感器的比较，掌握气敏电阻的优越性。4.了解湿敏传感器的原理及应用范围。5.了解湿敏传感器的分类及工作特点。6.了解气、湿敏传感器的发展方向。重点：气敏电阻传感器的工作原理，湿敏电阻传感器的原理与应用。【能力要求】1.正确地识别各种气、湿敏传感器及其特点和其在整个工作系统中的作用。2.在设计中，能够根据工作系统的特点，找出合适的传感器。3.能够准确地判断出传感器的好坏。4.能够设计一个简单的测量电路。（一）半导体气敏传感器主要物理特性类型气敏元件检测气体电阻型电阻表面控制型SnO2、ZnO等的烧结体、薄膜、厚膜可燃性气体体控制型La1-xSrCoO3、T-Fe2O3、氧化钛（烧结体）、氧化镁、SnO2酒精、可燃性气体、氧气非电阻型二极管整流特性表面控制型铂硫化镉，铂氧化钛（金属半导体结型二极管）氢气、一氧化碳、酒精晶体管特性铂栅、钯栅MOS场效应管氢气、硫化氢半导体气敏元件分类1.电阻型半导体气敏材料的导电机理N型半导体吸附气体时器件阻值变化图2.电阻型半导体气敏传感器的结构气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体等三部分组成。气敏元件从制造工艺来分有烧结型、薄膜型和厚膜型三类。它们的典型结构如图所示。半导体传感器的器件结构直热式结构如图(a)、(b)所示。旁热式是将加热丝和敏感元件同时置于一个陶瓷管内，管外涂梳状金电极作测量极，在金电极外再涂上SnO2等材料，其结构如图(c)、(d)所示。气敏器件结构与符号3.气敏器件的基本特性(1)SnO2系烧结型、薄膜型和厚膜型SnO2气敏器件对气体的灵敏度特性如图所示。气敏元件的阻值Rt与空气中被测气体的浓度C成对数关系变化SnO2气敏器件对气体的灵敏度特性式中，n与气体检测灵敏度有关，除了随材料和气体种类不同而变化外，还会由于测量温度和添加剂的不同而发生大幅度变化；m为气体的分离度，随气体浓度变化而变化。对可燃性气体，在气敏材料SnO2中添加铂(Pt)或钯(Pd)等作为催化剂，可以提高其灵敏度和对气体的选择性。添加剂的成分和含量、元件的烧结温度和工作温度都将影响元件的选择性。添加ThO2的SnO2气敏元件在不同浓度CO气体中的灵敏度特性SnO2气敏元件易受环境温度和湿度的影响，图给出了SnO2气敏元件受环境温度、湿度影响的综合特性曲线。由于环境温度、湿度对其特性有影响，所以使用时，通常需要加温度补偿。ZnO系气敏元件的灵敏度特性(2)ZnO系ZnO系气敏元件对还原性气体有较高的灵敏度。它的工作温度比SnO2系气敏元件高100℃左右，因此不及SnO2系元件应用普遍。同样如此，要提高ZnO系元件对气体的选择性，也需要添加Pt和Pd等添加剂。ZnO系气敏元件的灵敏度特性4.非电阻型气敏器件(1)MOS二极管气敏器件MOS二极管气敏器件是在P型半导体硅片上，利用热氧化工艺生成一层厚度为50～100nm的二氧化硅(SiO2)层，然后在其上面蒸发一层钯(Pd)的金属薄膜，作为栅电极，如图(a)所示。由于SiO2层电容Ca固定不变，而Si和SiO2界面电容Cj是外加电压的函数,其等效电路如图(b)所示。由等效电路可知，总电容C也是栅偏压的函数。其函数关系称为该类MOS二极管的C-V特性。由于钯元素对氢气(H2)特别敏感，当钯元素吸附了H2以后，会使钯元素的功函数降低，导致MOS管的C-V特性向负偏压方向平移，如图(c)所示。根据这一特性就可用于测定H2的浓度。MOS二极管结构和等效电路(2)钯-MOS场效应晶体管气敏器件钯-MOS场效应晶体管(Pd-MOSFET)的结构与普通MOS-FET结构，参见图。从图可知，它们的主要区别在于栅极G。Pd-MOSFET的栅电极材料是钯(Pd),而普通MOSFET的栅电极材料为铝(Al)。因为Pd对H2有很强的吸附性，当H2吸附在Pd栅极上，引起Pd的功函数降低。由MOSFET工作原理可知，当栅极(G)、源极(S)之间加正向偏压VGS，且VGS＞VT(阈值电压)时，则栅极氧化层下面的硅从P型变为N型。这个N型区就将源极和漏极连接起来，形成导电通道，即为N型沟道。此时，MOSFET进入工作状态。若此时，在源(S)极和漏(D)极之间加电压VDS，则源极和漏极之间有电流流通(IDS)。IDS随VDS和VGS的大小而变化，其变化规律即为MOSFET的V-A...