气敏电阻的工作原理
网络整理 2021-09-22

气敏电阻的概念

气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。使用气敏电阻可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量,再转换为电流、电压信号。

气敏电阻种类

(一)N型气敏电阻器

N型气敏电阻器在检测到甲烷、一氧化碳、天燃气、煤气、液化石油气、乙炔、氢气等气体时,其电阻值减小。

(二)P型气敏电阻器

P型气敏电阻器在检测到可燃气体时电阻值将增大,而在检测到氧气、氯气及二氧化碳等气体时,其电阻值将减小。

气敏电阻结构

气敏电阻的结构示意图见下图。

气敏电阻的型号命名方法是怎样的

从图中能够可以看出,气敏器件主要由防爆网、管座、电极、封装玻璃、加热丝和氧化物等几部分组成。

气敏电阻主要参数

加热功率

加热电压与加热电流的乘积。

工作电压

工作条件下,气敏电阻两极间的电压。

灵敏度

气敏电阻在工作条件下,接触气体后其电阻值随气体浓度变化的特性。如果采用电压测量法,其值等于接触某种气体前后负载电阻上电压降之比。

响应时间

在工作条件下,接触待测气体后,负载电阻的电压变化到规定值所需的时间。

恢复时间

在工作条件下,脱离被测气体后,负载电阻上电压恢复到规定值所需要的时间。

气敏电阻的特性

灵敏度-温度特性

下图是气敏电阻的灵敏度-温度特性。从曲线可以看出,在室温下电导率变化不大,当温度升高后,电导率就发生较大变化,因此气敏电阻在使用时需要加温。

气敏电阻的型号命名方法是怎样的

阻值-气体浓度特性

下图是气敏电阻阻值-气体浓度特性曲线。从图中可以看出,气敏电阻对乙醚、乙醇、氢以及正乙烷等具有较高灵敏度。

气敏电阻的型号命名方法是怎样的

气敏电阻的工作原理

气敏电阻是一种半导体敏感器件,它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTIO3等都具有气敏效应。

常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层),使用时对铂丝通以电流,保持300℃~400℃的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧,因此,铂丝的温度会上升,铂丝的电阻值也上升;通过测量铂丝的电阻值变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点,应用极其广泛;半导体气敏元件有N型和P型之分。

N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小;P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料,属于N型半导体,在200~300℃温度它吸附空气中的氧,形成氧的负离子吸附,使半导体中的电子密度减少,从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体(如CO等)时,原来吸附的氧脱附,而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面;氧脱附放出电子,可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子,从而使氧化物半导体导带电子密度增加,电阻值下降。可燃性气体不存在了,金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附,使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。

目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式,加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内;另一种是旁热式,这种气敏元件以陶瓷管为基底,管内穿加热丝,管外侧有两个测量极,测量极之间为金属氧化物气敏材料,经高温烧结而成。

以SnO2气敏元件为例,它是由0.1--10um的晶体集合而成,这种晶体是作为N型半导体而工作的。在正常情况下,是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时,电子从气体分子向半导体迁移,半导体的载流子浓度增加,因此电导率增加。而对于P型半导体来说,它的晶格是阳离子缺位状态,当遇到可燃性气体时其电导率则减小。

气敏电阻的型号命名方法

气敏电阻器的型号命名由三部分组成,各部分的含义见表2-4。

部分用字母表示主称。

第二部分用字母表示用途或特征。

第三部分用数字表示产品序号。

气敏电阻的型号命名方法是怎样的

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