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检测设备传感器简述(二)
检测设备传感器简述(二)
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;下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件
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。
像 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**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;旁热式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。
气敏元件的参数主要有加热电压、电流,测量回路电压,灵敏度,响应时间,恢复时间,标定气体( 0.1% 丁烷气体)中电压,负载电阻值等。
QM-N5 型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测,属于 N 型半导体元件。灵敏度较高,稳定性较好,响应和恢复时间短,市场上应用广泛。
QM-N5 气敏元件参数如下:标定气体( 0.1% 丁烷气体,*佳工作条件)中电压≥ 2V ,响应时间≤ 10S ,恢复时间≤ 30S ,*佳工作条件加热电压 5V 、测量回路电压 10V 、负载电阻 RL 为 2K ,允许工作条件加热电压 4.5 ~ 5.5V 、测量回路电压 5 ~ 15V 、负载电阻 0.5 ~ 2.2K 。常见的气敏元件还有 MQ-31 (专用于检测 CO ), QM-J1 酒敏元件等。
四 力敏传感器和力敏元件
力敏传感器的种类甚多,传统的测量方法是利用弹性材料的形变和位移来表示。随着微电子技术的发展,利用半导体材料的压阻效应(即对其某一方向施加压力,其电阻率就发生变化)和良好的弹性,已经研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器,广泛用于压力、加速度等物理力学量的测量。
五 磁敏传感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍尔器件(基于霍尔效应)、磁阻器件(基于磁阻效应:外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而增加。)、磁敏二极管和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力学量的测量中广泛应用。
在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系,其感知能力已远超过人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像系统(夜像仪),黑夜中可 1000 米发现人, 2000 米发现车辆;热像仪的核心部件是红外传感器。
1991 年海湾战争中,伊拉克的坦克配置的夜视仪探测距离仅 800 米,还不及美英联军的一半,黑暗中被打得惨败是必然的。目前世界各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重点。为了大幅度提供传感器的性能,将不断采用新结构、新材料和新工艺,向小型化、集成化和智能的方向发展。
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