气体传感器的资料整理
将坛子里的一些资料进行了一下总结，希望可以有所帮助。目前新型气体传感器的研究动态及其发展方向
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-2286-1-45.html
https://bbs.eeworld.com.cn/thread-2287-1-44.html
气敏传感器ppt的原理及应用
一、接触燃烧式气体传感器1、检测原理
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)，使得作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％)，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)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，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，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。这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。
接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。图中F1是检测元件；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、电源电压变化等因素所引起的偏差。工作时，要求在F1和F2上保持100mA～200mA的电流通过，以供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化反应(接触燃烧)所需要的热量。当检测元件F1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，使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，在A、B间产生电位差E。
2、接触燃烧式气敏元件的结构
用高纯的铂丝,绕制成线圈,为了使线圈具有适当的阻值(1Ω～2Ω),一般应绕10圈以上。在线圈外面涂以氧化铝或氧化铝和氧化硅组成的膏状涂覆层,干燥后在一定温度下烧结成球状多孔体。将烧结后的小球,放在贵金属铂、钯等的盐溶液中,充分浸渍后取出烘干。然后经过高温热处理,使在氧化铝(氧化铝一氧化硅)载体上形成贵金属触媒层,最后组装成气体敏感元件。除此之外,也可以将贵金属触媒粉体与氧化铝、氧化硅等载体充分混合后配成膏状,涂覆在铂丝绕成的线圈上,直接烧成后备用。另外，作为补偿元件的铂线圈,其尺寸、阻值均应与检测元件相同。并且,也应涂覆氧化铝或者氧化硅载体层,只是无须浸渍贵金属盐溶液或者混入贵金属触媒粉体,形成触媒层而已。
二、半导体气体传感器
气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
1、半导体气敏元件的特性参数
（1）气敏元件的电阻值
将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ｒａ。一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围。
测定固有电阻值Ｒａ时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。
（2）气敏元件的灵敏度
是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种
（a）电阻比灵敏度K
（b）气体分离度
RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值：
RＣ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1＞C2。
（c）输出电压比灵敏度KV
Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；
Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出
（3）气敏元件的分辨率
表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。气敏元件分辨率S表示为
Va—气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压
Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压
（4）气敏元件的响应时间
表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。
（5）气敏元件的加热电阻和加热功率
气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用ＰＨ表示。一般在(0.5～2.0)W范围。
（6）气敏元件的恢复时间
表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63％时所需时间。
2、烧结型SnO2气敏元件
SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型应用最广泛性。
其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。
（1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件)
由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。因其热容量小、稳定性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。
2）旁热式SnO2气敏元件
旁热式气敏器件结构及符号
三、氧化锆氧气传感器
固体电解质是具有离子导电性能的固体物质。一般认为，固体物质(金属或半导体)中，作为载流子传导电流的是正、负离子。可是，在固体电解质中，作为载流子传导电流的，却主要是离子。二氧化锆（ZrO2）在高温下(但尚远未达到熔融的温度)具有氧离子传导性。
纯净的二氧化锆在常温下属于单斜晶系，随着温度的升高，发生相转变。在1100℃下，为正方晶系，2500℃下，为立方晶系，2700℃下熔融，在熔融二氧化锆中添加氧化钙、三氧化二钇、氧化镁等杂质后，成为稳定的正方晶型，具有莹石结构，称为稳定化二氧化锆。并且由于杂质的加入，在二氧化锆晶格中产生氧空位，其浓度随杂质的种类和添加量而改变，其离子电导性也随杂质的种类和数量而变化。
四、气体传感器的应用
分为检测、报警、监控等几种类型。
1、电源电路
一般气敏元件的工作电压不高(3V～10V)，其工作电压，特别是供给加热的电压，必须稳定。否则，将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检测准确性。
气敏传感器
1970年，荷兰科学家Bergveld研制出了对氢离子响应的离子敏感场效应晶体管，标志着离子敏半导体传感器的诞生。半导体传感器以其易于实现集成化，微型化、灵敏度高等诸多优点，一直引起世界各国科学家的重视和兴趣。由于电子技术的飞速发展，以半导体传感器为代表的各种固态传感器相继问世。这类传感器主要是以半导体为敏感材料，在各种物理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变化，通过检测这些物理特性的变化，即可反映被测参数值。它与各种结构型传感器相比，具有如下特点：[*]由于传感器原理是基于物理变化的，因而没有相对运动部件，可以做到结构简单，微型化；[*]灵敏度高，动态性能好，输出为电量；
[*]采用半导体为敏感材料容易实现传感器集成化，智能化；
[*]功耗低，安全可靠。同时，半导体传感器也存在以下一些缺点：
[*]线性范围窄，在精度要求高的场合应采用线性化补偿电路；
[*]与所有半导体元件一样，输出特性易受温度影响而漂移，所以应采用补偿措施；
[*]性能参数离散性大。
虽然存在上述问题，但半导体传感器仍是目前传感器发展的重要方向，尤其是大规模集成电路技术的不断发展，半导体传感器的技术也日臻完善。从所使用的材料来看，凡是使用半导体为材料的传感器都属于半导体式传感器，如，霍尔元件、光敏、磁敏、二极管和三极管热敏电阻、压阻式传感器、光电池、气敏、湿敏、色敏和离子敏等传感器。有些内容与其他传感器互相交叉，已在其它章中介绍。本章主要介绍气敏、湿敏、磁敏、色敏和离子敏半导体式传感器，
所谓半导体气敏传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测特定气体的成分或者测量其浓度的传感器的总称。早在20世纪30年代就已经发现氧化亚铜的导电率随水蒸气的吸附而发生改变。其后又发现许多其它金属氧化物也都具在气敏效应。这些金属氧化物都是利用陶瓷工艺制成的具有半导体特性的材料，因此称之谓半导体陶瓷，简称半导瓷。由于半导瓷与半导体单晶相比具有工艺简单、价格低廉等优点，因此已经用它制作了多种具有实用价值的敏感元件。半导体气敏传感器的种类如表12-1所示。
表12-1 半导体气体传感器的分类 主要物理特性传感器举例工作温度典型被测气体电阻式电阻表面控制型氧化银、氧化锌
室温~450℃
可燃性气体
体控制型氧化钛、氧化钴、氧化镁、氧化锡
700℃以上
酒精、氧气、可燃性气体
非电阻式表面电位氧化银
室温
硫醇
二极管整流特性铂/硫化镉、铂/氧化钛
室温~200℃
氢气、一氧化碳、酒精
晶体管特性铂栅MOS场效应晶体管
150℃
氢气、硫化氢
一、气敏半导体材料的导电机理这里我们以半导瓷材料SnO2为例说明气敏半导体材料的导电机理。SnO2是N型半导体，其导电机理可以用吸附效应来解释。图12-1a为烧结体N型半导瓷的模型。它是多晶体，晶粒间界有较高的电阻，晶粒内部电阻较低。图中分别以空白部分和黑点部分示意表示。导电通路的等效电路如图12-1b所示。图中Rn为颈部等效电阻，Rb为晶粒的等效体电阻，Rs为晶粒的等效表面电阻。其中Rb的阻值较低，它不受吸附气体影响。Rs和Rn则受吸附气体所控制，且Rs>>Rb，Rn>>Rb。由于Rs被Rb所短路。由此可见，半导瓷气敏电阻的阻值将随吸附气体的数量和种类而改变。这类半导瓷气敏电阻工作时都需加热。器件在加热到稳定状态的情况下，当有气体吸附时，吸附分子首先在表面自由地扩散。其间一部分分子蒸发，一部分分子就固定在吸附处。此时如果材料的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子将从材料夺取电子而变成负离子吸附；如果材料功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向材料释放电子而成为正离子吸附。O2和NOx（氮类氧化物）倾向于负离子吸附，称为氧化型气体。H2、CO、碳氢化合物和酒类倾向于正离子吸附，称为还原型气体。氧化型气体吸附到N型半导体上，将使载流子减少，从而使材料的电阻率增大。还原型气体吸附到N型半导体上，将使载流子增多，材料电阻率下降。根据这一特性，就可以从阻值变化的情况得知吸附气体的种类和浓度。
SnO2气敏半导瓷对许多可燃性气体，如氢、一氧化碳、甲烷、丙烷、乙醇等都有较高的灵敏度。掺加Pd、Mo、Ga等杂质的SnO2元件可在常温下工作，对烟雾的灵敏度有明显的增加，可用来制造常温工作的烟雾报警器。二、电阻型气敏器件电阻型气敏器件在目前使用的比较广泛。按其结构，可分为烧结型，薄膜型和厚膜型三种，下面分别予以介绍。1、烧结型烧结型气敏器件的制作是将一定配比的敏感材料(SnO2、InO)及掺杂剂(Pt、Pb)等以水或粘合剂调和，经研磨后使其均匀混合，然后将已均匀混合的膏状物滴入模具内，用传统的制陶方法进行烧结。烧结时埋入加热丝和测量电极，最后将加热丝和测量电极焊在管座上，加特制外壳构成器件。这种器件一般分为内热式和旁热式两种结构，如图12-2和图12-3所示。内热式器件管芯体积一般都很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，兼作一个测量板，该结构制造工艺简单。其缺点是：①热容量小，易受环境气流的影响；②测量电路和加热电路之间相互影响；③加热丝在加热和不加热状态下产生胀、缩，容易造成与材料接触不良的现象。旁热式气敏器件的管芯是在陶瓷管内放置高阻加热丝，在瓷管外涂梳状金电极，再在金电极外涂气敏半导体材料。这种结构形式克服了内热式器件的缺点，使器件稳定性有明显提高。2、薄膜型薄膜型气敏器件的制作首先须处理基片(玻璃石英式陶瓷)；焊接电极，之后采用蒸发或溅射方法在石英基片上形成一薄层氧化物半导体薄膜。实验测得SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好。薄膜型器件外形结构如图12-4所示。这种器件具有较高的机械强度，而且具有互换性好，产量高、成本低等优点。
3、厚膜型为解决器件一致性问题，1977年发展了厚膜型器件。它是有SnO2和ZnO等材料与3～15％(重量)的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到事先安装有铂电极的Al2O3基片上，以400～800℃烧结1小时制成。其结构如图12-5所示。厚膜工艺制成的元件一致性较好，机械强度高，适于批量生产，是一种有前途的器件。
以上三种气敏器件都附有加热器。在实际应用时，加热器能使附着在控测部分上的油雾，尘埃等烧掉，同时加速气体的吸附，从而提高了器件的灵敏度和响应速度，一般加热到200--400℃，具体温度视所掺杂质不同而异。这种气敏器件的优点是：工艺简单，价格便宜，使用方便；对气体浓度变化时的响应快；即使在低浓度(3000mg/kg)下，灵敏度也很高。其缺点在于：稳定性差，老化较快，气体识别能力不强，各器件之间的特性差异大等。
各种可燃性气体的浓度与SnO2半导瓷传感器的电阻率变化的关系如图12-6所示。对各种气体的相对灵敏度，可以通过不同的烧结条件和添加增感剂在某种程度上进行调整。一般说，烧结型S2气敏器件在低浓度下灵敏度高，而高浓度下趋于稳定值。这一特点非常适宜检测低浓度微量气体。因此，这种器件常用来检查可燃性气体的泄漏，定限报警等。目前，检测液化石油气、管道空气等气体泄漏传感器已付诸实际应用。S2气敏器件易受环境温度和湿度的影响，图12-7给出了温湿度综合特性曲线。由于环境温湿度对气敏器件的特性有影响，在使用时要加温湿度补偿，或选用温湿度性能好的气敏器件。三、非电阻型气敏器件1、二极管气敏传感器如果二极管的金属与半导体的界面吸附有气体，而这种气体又对半导体的禁带宽度或金属的功函数有影响的话，则其整流特性就会发生变化。在掺锢的硫化镉上，薄薄地蒸发一层钯薄膜，就形成了钯硫化镉二极管气敏传感器，这种传感器可用来检测氢气。氢气对这种二极管整流特性的影响如下:在氢气浓度急剧增高的同时，正向偏置条件下的电流也急剧增大。所以在一定的偏置下，通过测量电流值就能知道氢气的浓度。电流值之所以增大，是因为吸附在钯表面的氧气由于氢气浓度的增高而解吸，从而使肖特基势垒降低的缘故。2、MOS二极管气敏器件金属-氧化物-半导体(MOS)二极管的结构和等效电路如图12-8所示。它是利用MOS二极管的电容-电压特性的变化制成的MOS半导体气敏器件。在P型半导体硅芯片上，采用热氧化工艺生长一层厚度为50～100nm左右的SiO2层，然后再在其上蒸发一层钯金属薄膜，作为栅电极。SiO2层电容Cax是固定不变的，Si-SiO2界面电容Cx是外加电压的函数。所以总电容C是栅极偏压的函数。其函数关系称为该MOS管的C-U(电容-电压)特性。由于钯在吸附H2以后，会使钯的功函数降低。这将引起MOS管的C-U特性向负偏压方向平移，如图12-9所示。由此可测定H2的浓度。3、Pd-MOSFET气敏器件这种器件是利用MOS场效应晶体管(MOSFET)的阈值电压的变化做成的半导体气敏器件。Pd-MOSFET与普通MOSFET的主要区别在于用Pd薄膜取代Al膜作为栅极。因为钯对H2吸附能力强，而H2在钯上的吸附将导致钯的功函数降低。阈电压UT的大小与金属和半导体之间的功函数差有关。Pd-MOSFET气敏器件正是利用H2在钯栅上吸附后引起阈电压UT下降这一特性来检测H2浓度的。http://www1.hfut.edu.cn/teacher/sensor/fudao/web/di12zhang/12-8.gif图12-8 MOS气敏器件的结构和等效电路http://www1.hfut.edu.cn/teacher/sensor/fudao/web/di12zhang/12-9.gif 图12-9 MOS结构的C-U特性和等效电路a-吸附H2前 b-吸附H2后由于目前大多数气敏器件的选择性并不理想，而钯膜只对H2敏感，所以Pd-MOSFET对氢有独特的高选择性。由于这类器件的性能尚不太稳定，作为定量检测氢气浓度还存在一些问题。
气敏元件和传感器技术的发展现状
在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气体传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传感器技术（IST）公司应用一种“MegaCas"传感器和微程序控制单元，可检测100种以上毒性气体和可燃性气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。（4）气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展
国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计预测，美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为（27～30）％。
目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测（0?1～10）×10－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。
2国内现状与差距
气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其现状是：
（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品;
（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料;
（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试;
（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。
3市场需求分析
气敏元件、传感器及其应用产品具有十分广阔的现实市场和潜在的市场需求。
以4类气敏元件传感器为例，作简要市场需求分析。
（1）可燃性气体气敏元件传感器
这是需求量最大的一类气敏元件传感器，包含各种烷类和有机蒸气类（VOC）气体，目前大量应用于抽油烟机、泄漏报警器和空气清新机，已形成批量生产规模，每年约有500万支以上的市场。随着在油田、矿区、化工企业及家庭等生产生活领域广泛用作气体泄漏报警，特别是用于家庭气体泄漏报警，如液化石油气、天燃气及其他可燃性气体的检测报警等，预计在2001年—2005年将会有成倍需求。
（2）一氧化碳和氢气气敏元件传感器
这两种也是最有需求量的气敏元件传感器。一氧化碳气敏元件可用于工业生产、环保、汽车、家庭等一氧化碳泄漏和不完全燃烧检测报警；氢气气敏元件除工业等领域应用外也同一氧化碳气敏元件一样，广泛用于家庭管道煤气泄漏报警。由于我国管道煤气中氢气含量高，而氢敏元件较之一氧化碳元件价格低，灵敏度高，因此，用氢敏元件做城市管道煤气泄漏报警更为适宜。由于管道煤气泄漏、灶具不合格导致不完全燃烧而造成CO中毒等灾害事故是十分严重的，每年都给我们留下惨痛的后果，仅哈尔滨市1998年11月2日一次管道煤气泄漏事故就造成37人中毒，8人死亡。因此，安装煤气报警器已成为政府为保护人民生命财产安全而强制推动的一项措施。目前我国已有黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市等发布文件。随着城市燃气化的扩大、政府立法和人民安全保护意识的提高，城市家庭安装气体报警器必将很快推广普及，一氧化碳、氢气敏元件传感器的需求量将会急剧增加。美国已有7个州11个城市通过立法要求家庭安装CO报警器。据统计，按一间卧室安装一台CO报警器计算，美国CO报警器市场应该是9400万台，按目前价格计算是38亿美元，而且每年可新增40万台。早在1994年，我国城市燃气用户就达到2978万户，用气人口10421?8万人。我国660个城市，有液化石油气的城市513个，同时兼有人工煤气的城市170个，有天然气城市55个，国家计划到2000年城市人口平均气化率达到60％～70％。目前大约有1?2亿居民、约（3000～4000）万户使用燃气，按这些燃气用户的40％安装气体报警器计算，需求量就达1200万台以上。而随着城市燃气应用的扩大，用气人口增多，报警器需求量必将迅速增加。
另一个需要安装气体报警器的是使用燃气热水器特别是直排式燃气热水器的场所。由于燃气热水器使用不当或质量变坏发生不完全燃烧，造成CO中毒现象时有发生，南京、上海、福洲、北京、衡阳等都有过报道。仅据来自中国消费者协会的投诉统计，1998年全国就有16万人死于燃气热水器事故，伤4人，残2人，比1997年上升了200％。为防止灾害事故，安装CO报警器十分重要。目前我国颁发燃气热水器生产许可证企业153家，燃气热水器社会拥有量已在3000万台以上，其中50％以上是直排式。为了安全，国家技术监督局已发布强制性标准（GB6932－94），要求燃气热水器必须有防止不安全燃烧的保护装置。要求上述热水器5年内安装完CO报警（控制）器，仅此每年就需要600万台。显然，其需求量是相当大的。
（3）氧传感器
氧传感器应用很广泛，在环保、医疗、冶金、交通等领域需求量很大。以汽车用氧传感器为例，为提高汽车性能，降低排气污染，国外已采用电子燃油喷射系统（EFI）代替化油器，如美国、德国和日本，EFI系统的装车率已分别达100％、98％和90％。我国八五期间将EFI列入国家科委攻关计划。经过攻关，现已在切诺基、小红旗、桑塔纳等轿车上成功安装了EFI，在一个发动机电子喷射系统中要使用温度、压力、气体、爆震、位置等传感器（6～8）个，其中氧气传感器是控制发动机点火和尾气排放的最主要的传感器。一套闭环控制系统要用（1～2）氧传感器。目前我国尚不能生产汽车用氧传感器，主要依靠进口。预计到2000年后，国内氧传感器配套将有大的需求，如上海汽车电子有限公司，EFI系统年产能力为120万套，全部配套传感器就要240万支。我国1998年汽车生产超过10万辆的有上海大众、一汽、天汽、东风、长安、柳州五菱等六家企业。按此估计，仅用于汽车的氧传感器，我国年需量也要在500万支以上。
（4）毒性气体传感器
毒性气体传感器又称为环境有毒有害气体传感器，主要用于检测烟气、尾气、废气等环境污染气体，应用最多的是定电位电解式电化学气体传感器。其特点是灵敏度高，选择性好，低浓度输出线性好，主要用于对CO、H2O、NH3、SOX、NOX、Cl2及其他化合物蒸气，如HClHCN等有毒性气体的检测。目前我国尚不能生产这类气体传感器，主要依靠进口，随着环境保护要求的提高，其需求量将迅速增加。
4发展建议
（1）发展思路
以市场为导向，以国民经济现代化需求和人民生命财产安全服务为目标，以新型气敏元件传感器开发和大量需求的气敏元件传感器专业化大生产为重点，搞好推广普及和应用，发展和完善气敏元件传感器、变送器、报警器和应用装置系统等气敏综合应用技术，组建有竞争力的企业集团，开发有自己知识产权的产品，推动我国气敏技术跨上一个新台阶。
（2）重点
1）市场需求大的可燃气、氢气、天然气、液化石油气敏感元件传感器上规模、上档次、上水平。
2）解决有市场、又有难度的一氧化碳气敏元件低功耗工艺、厚膜工艺制造技术，形成批量化生产。
3）解决毒性气体H2O、SOX、NOX、HCl等电化学气体传感器先进生产工艺，提高质量水平，上档次，占份额。
4）以汽车氧传感器为重点，引进先进工艺，形成批量生产。
5）开发有机蒸气、CO2、O3等新型气体传感器，以适应发展需要。
（3）目标
1）产业目标
气敏元件传感器十五要作到品种基本齐全，国
外批量生产的品种做到国内均能生产；产量达到
（3500～4000）万支；产值达到（5～8）亿元；市场占率达到80％,其余20％进口。
2）科学技术目标
在具备条件的企业或企业集团建立技术中心，配备先进开发手段；产品工艺方面，重点解决厚膜、电化学和集成工艺技术，发展MEMS技术；主要产品质量达到世界同期先进水平；开发具有知识产权的新产品，如常温低功耗（电池供电）气体传感器，新型环境气体传感器等。
52015年发展设想
到2015年要形成气敏元件传感器及其应用技术配套成龙综合发展的产业格局，主要品种的气敏元件、传感器生产技术水平、产品质量和产业规模均达到世界先进水平；气敏技术研究开发中心具有世界一流的研究开发手段，形成以气体敏感元件为主体的企业集团（1～2）个，进入世界先进行列。
6加速发展敏感元器件、传感器产业的政策措施
（1）重点规划
产业上列为重点工程，设立专项，合理布局，形成自上而下齐抓的形势。
（2）资金支持
投资向敏感技术倾斜，如投资规模，贴息政策，债权转股权，投资本金，设立发展基金，扶植产品开发、成果转化和消化吸收，加大攻关资金投入等。
（3）政策优惠
给予政策上优惠，如实行增值税、所得税低税率政策，新产品免税政策，引进的新技术、仪器、设备等减免关税政策、使用国产敏感元器件产品的优惠政策等。
（4）培养人材
从大学招生开始，加强元器件专业人材的培养，重点选拔元器件人员培训，评成果、评职称优先，定期组织元器件人员出国考察。
（5）政策立法支持
从保护人民生命财产安全出发，政策立法强制推行气体报警器。
（6）发展集团经济
组织联合兼并，限制分散性生产，实行生产许可证，保证有生产能力和条件的企业的定点生产，扶持优势企业，发展敏感技术集团型经济。
（转自 中国电子技术信息网）
气敏传感器工作原理介绍
本根本特殊化学株式会社生产的气敏传感器，分为热线型、半导体型和热传导型三类，用于对可燃性气体如ＣＯ、ＣＨ4、Ｈ2、Ｃ2Ｈ5ＯＨ和ＣＯ2、ＮＯ、ＮＯ2等不可燃性气体的检测。本文介绍热线型气敏传感器的工作原理及应用。一、原理介绍
结构：这种传感器的敏感组件由铂丝组成，它被一种能使可燃气体氧化的特殊催化剂覆盖。使用两只这样的元件来比较，一个元件对外界气体很敏感，而另一个元件对外界隔离保持原始态不变。通过两元件的比较使电桥失衡，因而有信号输出。
检测原理：当一种可燃气体到达敏感元件的表面时，由于表面保持３００～４００℃的高温，所以就产生氧化反应。这种氧化反应使得元件表面的温度上升，这个上升值比例于特殊被测气体的能量。上升的温度传到元件内部的加热铂线圈，继而又使它的电阻增加。另一方面，由于另一元件表面没氧化所以电阻不变。这种情况导致电桥线路的不平衡，因而获得一个信号输出。输出电压的水平不但取决于被测气体的种类，而且还表现了一种与气体浓度相关的较好的线性。
二、特性及参数
１． 热线型气体传感器ＮＡＰ－５５Ａ／５０Ａ
ＮＡＰ５５Ａ对所有可燃性气体都很灵敏，而ＮＡＰ－５０Ａ只对酒精不敏感。传感器电源电压：ＤＣ２．５０Ｖ±０．２５Ｖ 或ＡＣ２．５０Ｖ±０．２５Ｖ。电流（在２．５Ｖ供电时）：１６０～１８０ｍＡ。输出电压：－３５～＋３５ｍＶ。工作环境：温度为－１０℃～＋５０℃，湿度小于９５％ＲＨ。
２． 催化型不完全燃烧气体传感器ＮＡＰ－７０
ＮＡＰ７０只对一氧化碳和氢气有高灵敏度，对其他气体则是低灵敏度。电桥电源电压为２．４Ｖ±０．１２Ｖ，传感器可以采用交流或直流电压，但从稳定性考虑，应使用稳定的直流电源。电桥消耗电流为２０～４０ｍＡ。ＮＡＰ－７０型传感器提供了足够的输出电压，可以检测出低至几百ｐｐｍ的ＣＯ气体浓度。另外，使用了一种特殊的催化剂，使传感器对ＣＯ气体在更低的加热温度下获得更高的可能灵敏度。
传感器电源电压：ＤＣ２．４０Ｖ±０．１２Ｖ 或ＡＣ２．４０Ｖ±０．１２Ｖ。电流（在２．４Ｖ供电时）：２０～４０ｍＡ。工作时的环境：温度为－１０℃～＋５０℃，湿度小于９５％ＲＨ。
３． 热线型气体传感器ＮＡＰ－１１ＡＦＬ
ＮＡＰ－１１ＡＦＬ是一种可以检测火炉或其他烟雾设备中所含的低浓度ＣＯ气体的热线型气体传感器，对低浓度范围的ＣＯ气体具有很高的灵敏度（小于２００ｐｐｍ）。
传感器电源电压：小于１５Ｖ（ＤＣ或ＡＣ）。
加热器电压：在加热时为５．５Ｖ±０．３Ｖ，在正常工作时为０．８Ｖ±０．０４Ｖ（ＡＣ或ＤＣ）。
加热器电流：在加热时（电压为５．５Ｖ）为１７０ｍＡ～１９０ｍＡ，在正常工作时（电压为０．８Ｖ）为２５ｍＡ～４０ｍＡ。
工作时的环境：温度为－１０℃～＋７０℃，湿度小于９５％ＲＨ。
三、应用实例
下面是这些传感器进行气体检测控制的实例，可以构成气体泄露和火灾报警控制系统。
图１为应用ＮＡＰ－５５Ａ／６６Ａ构成的气体检测器
图２为ＮＡＰ－７０构成的ＣＯ气体检测器
图３为ＮＡＰ－１１ＡＦＬ构成的ＣＯ气体检测器
图３中Ａ、Ｂ两点之间的校正线在完成校正后必须去掉。
回复 5楼 soso 的帖子
抛砖引玉，请大家根据自己实际中用到的补充，打造气敏专贴~~:lol 本帖最后由 jameswangsynnex 于 2015-3-3 20:00 编辑 <br /><br />原理性的东西很多，要转换成使用的东西还得靠自己啊！基础很重要！
https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/201807/06/115929yejhuul9seen94sh.jpghttps://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/201807/06/120049ghoesyqyey302c00.jpg
页:
[1]