氣敏電阻的概念

　　氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測的。使用氣敏電阻可以把某種氣體的成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)。

　　氣敏電阻種類

　　（一）N型氣敏電阻器

　　N型氣敏電阻器在檢測到甲烷、一氧化碳、天燃?xì)?、煤氣、液化石油氣、乙炔、氫氣等氣體時(shí)，其電阻值減小。

　　（二）P型氣敏電阻器

　　P型氣敏電阻器在檢測到可燃?xì)怏w時(shí)電阻值將增大，而在檢測到氧氣、氯氣及二氧化碳等氣體時(shí)，其電阻值將減小。

　　氣敏電阻結(jié)構(gòu)

　　氣敏電阻的結(jié)構(gòu)示意圖見下圖。

　　從圖中能夠可以看出，氣敏器件主要由防爆網(wǎng)、管座、電極、封裝玻璃、加熱絲和氧化物等幾部分組成。

　　氣敏電阻主要參數(shù)

　　加熱功率

　　加熱電壓與加熱電流的乘積。

　　工作電壓

　　工作條件下，氣敏電阻兩極間的電壓。

　　靈敏度

　　氣敏電阻在最佳工作條件下，接觸氣體后其電阻值隨氣體濃度變化的特性。如果采用電壓測量法，其值等于接觸某種氣體前后負(fù)載電阻上電壓降之比。

　　響應(yīng)時(shí)間

　　在最佳工作條件下，接觸待測氣體后，負(fù)載電阻的電壓變化到規(guī)定值所需的時(shí)間。

　　恢復(fù)時(shí)間

　　在最佳工作條件下，脫離被測氣體后，負(fù)載電阻上電壓恢復(fù)到規(guī)定值所需要的時(shí)間。

　　氣敏電阻的特性

　　靈敏度-溫度特性

　　下圖是氣敏電阻的靈敏度-溫度特性。從曲線可以看出，在室溫下電導(dǎo)率變化不大，當(dāng)溫度升高后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大變化，因此氣敏電阻在使用時(shí)需要加溫。

　　阻值-氣體濃度特性

　　下圖是氣敏電阻阻值-氣體濃度特性曲線。從圖中可以看出，氣敏電阻對(duì)乙醚、乙醇、氫以及正乙烷等具有較高靈敏度。

　　氣敏電阻的工作原理

　　氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測的。人們發(fā)現(xiàn)某些氧化物半導(dǎo)體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應(yīng)。

　　常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此，鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢。半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛；半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。

　　N型在檢測時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減?。籔型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，屬于N型半導(dǎo)體，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到有能供給電子的可燃?xì)怏w（如CO等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測可燃?xì)怏w的基本原理。

　　目前國產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；另一種是旁熱式，這種氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。

　　以SnO2氣敏元件為例，它是由0.1--10um的晶體集合而成，這種晶體是作為N型半導(dǎo)體而工作的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的狀態(tài)。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時(shí)，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度增加，因此電導(dǎo)率增加。而對(duì)于P型半導(dǎo)體來說，它的晶格是陽離子缺位狀態(tài)，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)其電導(dǎo)率則減小。

　　氣敏電阻的型號(hào)命名方法

　　氣敏電阻器的型號(hào)命名由三部分組成，各部分的含義見表2-4。

　　第一部分用字母表示主稱。

　　第二部分用字母表示用途或特征。

　　第三部分用數(shù)字表示產(chǎn)品序號(hào)。

　　表2-4氣敏電阻器的電阻的型號(hào)命名及含義