氣敏電阻的概念

　　氣敏電阻是一種半導體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發生變化這一機理來進行檢測的。使用氣敏電阻可以把某種氣體的成分、濃度等參數轉換成電阻變化量，再轉換為電流、電壓信號。

　　氣敏電阻種類

　　（一）N型氣敏電阻器

　　N型氣敏電阻器在檢測到甲烷、一氧化碳、天燃氣、煤氣、液化石油氣、乙炔、氫氣等氣體時，其電阻值減小。

　　（二）P型氣敏電阻器

　　P型氣敏電阻器在檢測到可燃氣體時電阻值將增大，而在檢測到氧氣、氯氣及二氧化碳等氣體時，其電阻值將減小。

　　氣敏電阻結構

　　氣敏電阻的結構示意圖見下圖。

　　從圖中能夠可以看出，氣敏器件主要由防爆網、管座、電極、封裝玻璃、加熱絲和氧化物等幾部分組成。

　　氣敏電阻主要參數

　　加熱功率

　　加熱電壓與加熱電流的乘積。

　　工作電壓

　　工作條件下，氣敏電阻兩極間的電壓。

　　靈敏度

　　氣敏電阻在最佳工作條件下，接觸氣體后其電阻值隨氣體濃度變化的特性。如果采用電壓測量法，其值等于接觸某種氣體前后負載電阻上電壓降之比。

　　響應時間

　　在最佳工作條件下，接觸待測氣體后，負載電阻的電壓變化到規定值所需的時間。

　　恢復時間

　　在最佳工作條件下，脫離被測氣體后，負載電阻上電壓恢復到規定值所需要的時間。

　　氣敏電阻的特性

　　靈敏度-溫度特性

　　下圖是氣敏電阻的靈敏度-溫度特性。從曲線可以看出，在室溫下電導率變化不大，當溫度升高后，電導率就發生較大變化，因此氣敏電阻在使用時需要加溫。

　　阻值-氣體濃度特性

　　下圖是氣敏電阻阻值-氣體濃度特性曲線。從圖中可以看出，氣敏電阻對乙醚、乙醇、氫以及正乙烷等具有較高靈敏度。

　　氣敏電阻的工作原理

　　氣敏電阻是一種半導體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發生變化這一機理來進行檢測的。人們發現某些氧化物半導體材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有氣敏效應。

　　常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此，鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產生的電流，也可以是離子作用于離子電極產生的電動勢。半導體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應快、穩定性好、使用簡單的特點，應用極其廣泛；半導體氣敏元件有N型和P型之分。

　　N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減小；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導體氣敏材料，屬于N型半導體，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體（如CO等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體以正離子狀態吸附在金屬氧化物半導體表面；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子狀態吸附也要放出電子，從而使氧化物半導體導帶電子密度增加，電阻值下降。可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態。這就是半導體氣敏元件檢測可燃氣體的基本原理。

　　目前國產的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結在金屬氧化物半導體管芯內；另一種是旁熱式，這種氣敏元件以陶瓷管為基底，管內穿加熱絲，管外側有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經高溫燒結而成。

　　以SnO2氣敏元件為例，它是由0.1--10um的晶體集合而成，這種晶體是作為N型半導體而工作的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的狀態。當遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時，電子從氣體分子向半導體遷移，半導體的載流子濃度增加，因此電導率增加。而對于P型半導體來說，它的晶格是陽離子缺位狀態，當遇到可燃性氣體時其電導率則減小。

　　氣敏電阻的型號命名方法

　　氣敏電阻器的型號命名由三部分組成，各部分的含義見表2-4。

　　第一部分用字母表示主稱。

　　第二部分用字母表示用途或特征。

　　第三部分用數字表示產品序號。

　　表2-4氣敏電阻器的電阻的型號命名及含義