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第六章 其他种类的传感器第一节 气敏传感器 第二节 湿度传感器

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第一节 气敏传感器接触燃烧式气敏元件 金属氧化物半导体气敏元件 氧化锆气敏元件工作原理、主要类型及应用

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一、接触燃烧式气体传感器 1、检测原理可燃性气体( 与空气中的氧接触， 可燃性气体 (H2 、 CO、 CH4 等 ) 与空气中的氧接触 ， 、 发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热) 发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热),使得作 为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。 为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。一般情 况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10% 况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于 %), 可燃性气体可以完全燃烧， 可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓 度有关。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧) 度有关。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧) 产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高) 产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高) 愈大，其电阻值增加的就越多。因此， 愈大，其电阻值增加的就越多。因此，只要测定作为敏 感件的铂丝的电阻变化值(Δ (ΔR) 感件的铂丝的电阻变化值 (Δ ) , 就可检测空气中可燃 性气体的浓度。但是， 性气体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元 其寿命较短，所以，实际应用的检测元件， 件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在 铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。 铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样既可以延长其使 3 用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。 用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。

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接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。图中F 接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。图中 1是检 测元件； 是补偿元件， 测元件；F2是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体接触 燃烧以外的环境温度、 燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的偏 上保持100mA~200mA的电 工作时，要求在F ~ 的电 差。工作时，要求在 1和F2上保持 流通过，以供可燃性气体在检测元件F 流通过，以供可燃性气体在检测元件 1上发生氧化反应 接触燃烧)所需要的热量。当检测元件F (接触燃烧)所需要的热量。当检测元件 1与可燃性气体 接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧) 释放出热量， 接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧),释放出热量，使 得检测元件的温度上升，电阻值相应增大， 得检测元件的温度上升，电阻值相应增大，桥式电路不 再平衡， 间产生电位差E。 再平衡，在A、B间产生电位差 。 、 间产生电位

差 A RF1 + RF R1 E = E0 R + R RF1 + RF2 + RF 1 2

(

(

)

)

F2 D R1

M

F1 C

因为ΔRF很小，且RF1 R1=RF2 R2 R1 E = E0 (R1 + R2 ) RF1 + RF2

(

)

RF2 RF RF1

W2 B E0

R24

W1

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如果令 k = E0 R1 (R1 + R2 ) (RF + RF1

2

)

则有

RF2 E = k RF RF1

这样，在检测元件F1和补偿元件F2的电阻比RF2/RF1接近于 1 的范围内， A , B 两点间的电位差 E ,近似地与 RF 成比 例。在此， RF是由于可燃性气体接触燃烧所产生的温度 变化 ( 燃烧热 ) 引起的，是与接触燃烧热 ( 可燃性气体氧化 反应热)成比例的。即 RF可用下式表示 Q H RF = ρ T = ρ = ρ α m C Cρ—检测元件的电阻温度系数；ΔT—由于可燃性气体接触燃烧所引起的检测元件的温度增加值； ΔH—可燃性气体接触燃烧的发热量； C—检测元件的热容量； Q—可燃性气体的燃烧热；m—可燃性气体的浓度[%(Vol)]; α—由检测元件上涂覆的催化剂决定的常数。 5

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ρ,C和α的数值与检测元件的材料、形状、结构、表面 的数值与检测元件的材料、 和 的数值与检测元件的材料 形状、结构、处理方法等因素有关。 是由可燃性气体的种类决定 是由可燃性气体的种类决定。 处理方法等因素有关。 Q是由可燃性气体的种类决定。 因而，在一定条件下，都是确定的常数。 因而，在一定条件下，都是确定的常数。则 E=k m bQ b = ρ α C

两点间的电位差与可燃性气体的浓度m成比例 即A、B两点间的电位差与可燃性气体的浓度 成比例。 、 两点间的电位差与可燃性气体的浓度 成比例。 如果在A、 两点间连接电流计或电压计 就可以测得 两点间连接电流计或电压计， 如果在 、B两点间连接电流计或电压计，就可以测得 A、 B间的电位差 ， 并由此 间的电位差E, 、 间的电位差 丙烷 求得空气中可燃性气体的浓 输 150 乙醇 若与相应的电路配合， 度 。 若与相应的电路配合 ， 出 100 异丁烷 电 就能在空气中当可燃性气体 压 丙酮 / 50 环己烷 达到一定浓度时， 达到一定浓度时 ， 自动发出 mV 报警信号， 报警信号 ， 其感应特性曲线 1.0 0.8 0 0.2 0.4 0.6 气体浓度(XLEL) 如图。 如图。接触燃烧式气敏元件的感应特性 6

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2、接触燃烧式气敏元件的结构用高纯的铂丝,绕制成线圈, 用高纯的铂丝,绕 …… 此处隐藏：4490字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……