氣敏傳感器的應(yīng)用研究

吳曉嵐

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系）

近年來，氣敏傳感器在醫(yī)療、空氣凈化、家用燃?xì)狻⒐I(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用，氣敏傳感器主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用得最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。氣敏傳感器最主要的作用是保障生產(chǎn)生活的安全，防止各種突發(fā)事件，可以檢測(cè)酒精氣體、瓦斯氣體、一氧化碳、烷類氣體、氧氣等。

一、氣敏傳感器

氣敏傳感器俗稱“電子鼻”，是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器，它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，獲得待測(cè)氣體在環(huán)境中的存在情況，從而可以進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警。

例如，在空氣中出現(xiàn)酒精氣體，酒精氣體吸附在半導(dǎo)體表面，導(dǎo)致傳感器電學(xué)特性發(fā)生變化，例如，電阻值發(fā)生變化，因此，利用半導(dǎo)體材料與氣體相接觸時(shí)，材料電阻發(fā)生變化的效應(yīng)來檢測(cè)氣體的成分或濃度。

二、氣敏傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

由于氣體種類繁多,性質(zhì)各不相同，因此，能實(shí)現(xiàn)氣—電轉(zhuǎn)換的傳感器種類很多，但它們結(jié)構(gòu)大致相同，由金屬引腳、塑料底座、燒結(jié)體即氣敏元件、不銹鋼防爆網(wǎng)、加熱電極、工作電極構(gòu)成，氣敏傳感器結(jié)構(gòu)和電路圖符號(hào)如圖1 所示，1.引腳2.塑料底座3.燒結(jié)體4.不銹鋼防爆網(wǎng)5.加熱電極6.加熱電極。

圖1 氣敏傳感器結(jié)構(gòu)和電路圖符號(hào)

三、基本測(cè)試電路和檢測(cè)電路模型

氣敏傳感器的測(cè)試電路包括兩部分，即氣敏元件的加熱回路和測(cè)試回路。加熱回路工作電壓不高，3V～10V 之間，但必須穩(wěn)定。否則，將導(dǎo)致加熱絲的溫度變化幅度過大，使氣敏元件的工作點(diǎn)漂移，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。測(cè)試回路是應(yīng)用電路的主體部分。當(dāng)電路上電，加熱絲加熱后，隨著環(huán)境中氣體濃度的增加，氣敏元件的阻值下降，導(dǎo)致輸出端電壓的變化，利用此電壓可以檢測(cè)出氣體的濃度。

圖2 氣敏傳感器基本測(cè)試電路

典型的檢測(cè)電路模型包括信號(hào)獲取電路、信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警電路，報(bào)警電路可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器或者喇叭，產(chǎn)生聲音報(bào)警，也可以驅(qū)動(dòng)放光二極管，產(chǎn)生光報(bào)警，提示空氣中出現(xiàn)被檢測(cè)氣體。

圖3 氣敏傳感器檢測(cè)電路模型

四、氣敏傳感器應(yīng)用

氣敏傳感器應(yīng)用十分廣泛，在交通中的典型應(yīng)用是酒精檢測(cè)，典型產(chǎn)品是防酒后駕車控制器，也用于交通路口的酒駕檢測(cè)，在車內(nèi)也可在點(diǎn)火按鈕和變速桿處設(shè)置酒精傳感器，該裝置可以在駕駛員啟動(dòng)汽車時(shí)，測(cè)試駕駛員手掌分泌的汗液是否含有酒精，在司機(jī)和乘客的座位上也安裝了酒精傳感器，用來監(jiān)測(cè)汽車座艙內(nèi)空氣中的酒精含量。

［1］金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］孫建民，楊清梅.傳感器技術(shù)［M］.清華大學(xué)出版社，2005.