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在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活中，人們往往會(huì)接觸到各種各樣的氣體，需要對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)和控制。比如化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測(cè)與控制；煤礦瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)與報(bào)警；環(huán)境污染情況的監(jiān)測(cè)；煤氣泄漏：火災(zāi)報(bào)警；燃燒情況的檢測(cè)與控制等等。氣敏電阻傳感器就是一種將檢測(cè)到的氣體的成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。

1.氣敏電阻的工作原理及其特性

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(lái)進(jìn)行檢測(cè)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)。

以SnO2氣敏元件為例，它是由0.1～10μm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(lái)說(shuō)，它的晶格是陽(yáng)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。

氣敏電阻的溫度特性如圖2.26所示，圖中縱坐標(biāo)為

靈敏度，即由于電導(dǎo)率的變化所引起在負(fù)載上所得到的值

號(hào)電壓。由曲線可以看出，SnO2在室溫下雖能吸附氣體，

但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度增加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較

大的變化，因此氣敏元件在使用時(shí)需要加溫。此外，在氣

敏元件的材料中加入微量的鉛、鉑、金、銀等元素以及一

些金屬鹽類催化劑可以獲得低溫時(shí)的靈敏度，也可增強(qiáng)對(duì)圖2.26 氣敏電阻靈敏度與溫度的關(guān)系 氣體種類的選擇性。

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氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種，直熱式消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此安全可靠，其應(yīng)用面較廣。

（1）氧化鋅系氣敏電阻

ZnO是屬于N型金屬氧化物半導(dǎo)體，也是一種應(yīng)用較廣泛的氣敏器件。通過(guò)摻雜而獲得不同氣體的選擇性，如摻鉑可對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等氣體有較高的靈敏度，而摻鈀則對(duì)氫、一氧化碳、甲烷，煙霧等有較高的靈敏度。ZnO氣敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖2.27所示。這種氣敏元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在圓形基板上涂敷ZnO主體成分，當(dāng)中加以隔膜層與催化劑分成兩層而制成。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達(dá)0.8～1.15 ml/L時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至?xí)炟实葼顟B(tài)，達(dá)1.84ml/L時(shí)則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險(xiǎn)，因此對(duì)一氧化碳檢測(cè)必須快而準(zhǔn)。利用SnO2 金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，通過(guò)對(duì)顆粒超微細(xì)化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當(dāng)燒結(jié)工藝進(jìn)行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測(cè)0.005%～0.5%范圍的CO氣體。

圖2.27 ZnO氣敏電阻結(jié)構(gòu) 圖2.28 γ-Fe2O3氣敏電阻結(jié)構(gòu)

1．催化劑；2．隔膜；3．ZnO涂層；4．加熱絲； 1．雙層網(wǎng)罩；2．燒結(jié)體；3．加圈；4．引腳

5．絕緣基板；6．電極

（2）氧化鐵系氣敏電阻

圖2.28是γ-Fe2O3材料制成的氣敏電阻整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)還原性氣體與多孔的γ-Fe2O3接觸時(shí)，氣敏電阻的晶粒表面受到還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4，其電阻串迅速降低。這種敏感元件用于檢測(cè)烷類氣體特別靈敏。

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生活，不總是一帆風(fēng)順，有些事，做著做著，就斷了；有些人，走著走著就散了，有些話，說(shuō)著說(shuō)著，就淡了，很多時(shí)候，誰(shuí)也不是誰(shuí)的主題，誰(shuí)也不是誰(shuí)的故事，夢(mèng)醒時(shí)分，萬(wàn)丈深淵邊，風(fēng)口浪尖上，種種的抉擇，才深悟這風(fēng)塵演繹的酸甜苦辣，我們都是路途中，無(wú)助的行者。

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