半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件同气体接触后,造成半导体性质的变化来检测特定气体的成分或者测量其浓度
图5-2气敏器件阻值浓度对应关系
半导体气敏传感器大体上可分为两类电阻式和非电阻式。电阻式半导体气敏传感器是利用气敏半导体材料,如氧化锡、氧化锰(MnO2)等金属氧化物制成敏感元件,当它们吸收了可燃气体的烟雾,如氢、一氧化碳、烷、醚、醇、苯以及天然气、沼气等时,会发生还原反应,放出热量,使元件温度相应增高,电阻发生变化。利用半导体材料的这种特性,将气体的成分和浓度变换成电信号,进行监测和报警。图 2所示为典型气敏元件的阻值浓度关系。从图中可以看出,元件对不同气体的敏感程度不同,如对乙醚、乙醇、氢气等具有较高的灵敏度,而对甲烷的灵敏度较低。一般随气体的浓度增加,元件阻值明显增大,在一定范围内呈线性关系。
气敏元件的敏感部分是金属氧化物半导体微结晶粒子烧结体。当它的表面吸附有被测气体时,半导体微结晶粒子接触界面的导电电子比例就会发生变化,从而使气敏元件电阻值随被测气体的浓度改变而变化。这种反应是可逆的,因而是可以反复使用的。电阻值的变化随着金属氧化物半导体表面对气体的吸附和释放而发生,为了加速这种反应,通常要用加热器对传感器加热。该传感器就是将这种电阻值变化,以输出电压的方式取出,从而检测出气体的状态。
气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警,如可制成液化石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器。也可用于对大气污染进行监测以及在医疗上用于对等气体的测量。生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。