1、传感技术及应用课程单元十一 认知气敏传感器 电子工程系电子工程系本本单单元元内内容容任务一 掌握气敏传感器的组成任务二 理解气敏传感器的结构及工作原理任务三 认知气敏传感器的测量电路任务四 熟悉气敏传感器的应用任务实施 气敏传感器技能训练单元十一 认知气敏传感器单 元 情 景v图11-1 煤矿瓦斯监控系统组成示意图图11-1 煤矿瓦斯监控系统组成示意图v 1.掌握气敏传感器的应用场合和应用方法，理解其工作过程。v 2.掌握气敏传感器的工作原理。v 3.掌握气敏传感器测量电路的工作原理。v 4.学会气敏传感器的特性检测。v 5.知道气敏传感器选用原则，学会选用气敏传感器；教 学 目 标任务一 了
2、解气敏传感器的组成知识一、气敏传感器的组成知识二、气敏传感器的作用图11-2 气敏传感器组成任务一 了解气敏传感器的组成知识一、气敏传感器的组成知识二、气敏传感器的作用图11-3 TGS109型气敏传感器的内部结构任务二 了解气敏传感器的结构及工作原理知识一、气敏传感器的结构：电阻型和非电阻型图11-4 气敏传感器的结构任务二 了解气敏传感器的结构及工作原理各种半导体气敏传感器的性能比较如下表所示。分类主要物理特性类型气敏传感器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
3、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-半导体结型场效应管）氢气；一氧化碳；酒精晶体管特性铂栅、钯栅MOS场效应管氢气；硫化氢任务二 了解气敏传感器的结构及工作原理知识二、气敏传感器的工作原理气敏传感器是一种利用被测气体与气敏元件发生的化学反应或物理效应等机理，把被测气体的种类或浓度的变化转化成气敏元件输出电压或电流的变化。半导体电阻式气敏传感器则是利用气体吸附在半导体上而使半导体的电阻值随着可燃气体浓度的变化而变化的特性来实现对气体的种类和浓度的判断。半导体电阻式气敏传感器（以下所介绍的均为此类传感器）的核心部分是金属氧化物，主要有SnO2、ZnO及Fe2O
4、3等。当周围环境达到一定温度时，金属氧化物能吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体材料中电子的密度减小，电阻值增大。当遇到可燃性气体或毒气时，原来吸附的氧就会脱附，而可燃性气体或毒气以正离子状态吸附在半导体材料的表面，在脱附和吸附过程中均放出电子，使电子密度增大，从而使电阻值减小。任务三 认知气敏传感器的测量电路知识一、气敏传感器构成的基本测量电路工作原理图11-5 气敏传感器的基本测量电路任务三 认知气敏传感器的测量电路知识二、气敏传感器构成的温度补偿电路 工作原理图11-6 温度补偿电路任务四 了解气敏传感器的应用知识一、气敏传感器构成的简易家用天然气报警器的工作原理SlRSlR （
5、a）实物图图11-7 家用天然气报警器任务四 了解气敏传感器的应用知识二、气敏传感器构成的酒精测试仪的工作原理SlRSlR（b）酒精测试仪实物（a）警察使用酒精测试仪测试驾驶员酒精含量任务四 了解气敏传感器的应用知识二、气敏传感器构成的酒精测试仪的工作原理SlRSlR图11-8 酒精测试仪任务四 了解气敏传感器的应用知识三、气敏传感器构成的矿灯瓦斯报警器的工作原理 SlRSlR（a）矿灯瓦斯报警器 任务实施 气敏传感器技能训练SlRSlRSlR技能点一、气敏传感器特性的检测1材料及仪器（1）MQ-3型气敏传感器1个；（2）数字万用表1块；（3）直流稳压电源1台；（4）盛有酒精的小瓶1个。任务实
6、施 气敏传感器技能训练SlRSlRSlR技能点一、气敏传感器特性的检测2测试步骤（1）按照如图11-11所示的电路连接检测电路。（2）闭合开关S，接通电源，预热5min。（3）电路稳定后，用数字万用表测量元件A、B之间的电压值。（4）将内盛酒精的小瓶瓶口靠近气敏传感器，再次用数字万用表测量元件A、B间的电压值。MQ-3型气敏传感器的实物图如图11-10所示。（5）不断移动小瓶，比较在洁净空气的情况下和在含有酒精气体的空气中，气敏传感器的电压值（对应的电阻值）的差值是否明显。注意：以上实验可以重复试验，但需注意使空气恢复到洁净状态。任务实施 气敏传感器技能训练SlRSlRSlR技能点一、气敏传感
7、器特性的检测图11-10 MQ-3型气敏传感器的实物图图11-11 检测电路图 任务实施 气敏传感器技能训练SlRSlRSlR技能点二、气敏传感器选用原则精度和长期稳定性精度和长期稳定性精度和长期稳定性供电方式1.使用场合2.使用寿命3.灵敏度与价格1.个人知识和技能评价表班级：姓名：成绩：单元学习检测与评价评价方面评价内容及要求分值自我评价小组评价教师评价得分实操技能 能检测气敏传感器特性15 会选用各种接近开关25理论知识了解气敏传感器的应用场合20理解气敏传感器应用中的工作过程10了解气敏传感器的工作原理10 职业意识态度认真，按时出勤2具有安全文明生产意识，操作规范2爱护工具设备，工具
8、摆放整齐2操作工位卫生良好2节约能源，节省原材料，保护环境2单元学习检测与评价2.小组学习活动评价表班级：小组编号：成绩：单元小结v 气敏传感器是一种检测特定气体的类别、成分和浓度的传感器，利用气体吸附在半导体上而使半导体的电阻值发生变化的特性来实现对气体的检测。v 为了提高气敏传感器对某些气体成分的敏感性，材料中还掺入催化剂，添加的物质不同，检测的气体类别就不同。为了提高传感器的灵敏度，传感器中还装有加热丝。由于气敏传感器的关键材料是半导体，其电阻与温度、湿度有关，因而要进行温度补偿。v 气敏传感器选用应根据具体的使用场合、使用寿命、灵敏度与价格要求进行合理选择。因每一种气敏传感器对不同的气体敏感程度不同，因此只能根据检测的气体不同选择不同的传感器；同时针对不同的使用场合和检测对象如测毒、测爆和其他检测应选择相对应的传感器；此外，在具体使用中要综合考虑灵敏度与价格问题。在价格适中的情况下，尽可能地选用灵敏度高的气敏传感器。
