第5章 气敏传感器
能够把气体信息变成电信号的装置。
一、学习目的与要求
通过本章的学习，熟悉并掌握气体传感器的工作原理和硬件组成结构。熟练掌握几种电阻式尤其TiO2、SnO2气敏传感器、非电阻式气敏传感器、固体电解质传感器、接触燃烧式气敏传感器的基本原理；了解集成薄、厚膜及复合型气敏传感器、O2和SO2气敏传感器的原理；会分析应用电路，能自行设计简单的气体报警电路。
二、课程内容
5.1 概述
5.2 半导体电阻式气敏传感器
5.3 结型气敏传感器
5.4 浓差电池式气敏传感器
5.5 接触燃烧式式气敏传感器
5.6 光学类式气敏传感器
5.7 气敏传感器的应用及其发展
三、考核知识点
（1）表面电阻控制型气敏传感器的原理；
（2）体电阻控制型气敏传感器的原理；
（3）非电阻型气敏传感器的原理；
（4）集成薄、厚膜及复合型气敏传感器；
（5）固体电解质传感器；
（6）接触燃烧式气敏传感器。
四、考核要求
1.识记
（1）气敏传感器的定义及其分类；
定义:能够把气体信息变成电信号的装置。
分类：1.按照原理：电阻式、结型、浓差电池式、光吸收式等等。
2.从构成传感器材料的形态上分为两大类：干式气体传感器是指利用固体感测气体的；湿式气体传感器是利用水溶液或电解液与电极感知气体的。
（2）体电阻控制型气敏传感器的原理；
将材料的体电阻随某气体浓度发生变化的原件统称为体电阻控制型气敏传感器，目前应用最多的主要是氧化铁、二氧化钛等半导体气敏元件；它们通过与气体反应其体组成或价态发生变化，从而使电导率发生变化
中间内容为大纲跳过其中包括：结型气敏传感器、浓差电池式气敏传感器和接触燃烧式气敏传感器三种
（3）光学类气体传感器及其分类。
将利用气体的光学特性来检测气体成分和浓度的传感器称为光学类气敏传感器。根据具体的光学原理可分为红外吸收式、可见光吸收光度式、光干涉式、化学发光式和试纸光电光度式、光离子化式等
2.领会
（1）SnO2、ZnO、TiO2等表面电阻控制型气敏传感器的工作原理；
（2）非电阻型气敏传感器的原理；
（3）固体电解质传感器、接触燃烧式气敏传感器的基本原理。
3.简单应用
矿井瓦斯报警器等常用电路分析与设计。
原理：
瓦斯探头由QM—N5型气敏元件RQ、R1及4V矿灯蓄电池等组成。
在使用前预热十几分钟以避免误报警。
当瓦斯超限时， RQ减小，RP输出通过VD加到VT1基极上，VT1导通,VT2和VT3（组成一个互补式自激多谐振荡器）开始工作, K吸合矿灯ZD自动闪光，衔铁撞击铁芯发出的“嗒、嗒”声通过矿帽传递给矿工听见，发出报警声。
当瓦斯浓度低时，RP输出信号低，VT1截止，VT2 、VT3也截止，无报警。
五、本章重点、难点
重点：掌握几种电阻式尤其TiO2、SnO2气敏传感器、非电阻式气敏传感器、固体电解质传感器、接触燃烧式气敏传感器的基本原理。
难点：集成薄、厚膜及复合型气敏传感器、O2和SO2气敏传感器的原理；应用电路的分析和设计。
考试题目与答案
一、填空题
题目：
- 气敏传感器按照工作原理不同，可分为______、、、______、______和______等几类。
答案：
- 气敏传感器按照工作原理不同，可分为半导体电阻式气敏传感器、结型气敏传感器、浓差电池式气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器、光学类气敏传感器和其他类型等几类。
二、简答题
题目：
- 请简述半导体电阻式气敏传感器的工作原理及其主要应用。
- 描述结型气敏传感器的基本结构与工作原理。
- 浓差电池式气敏传感器在哪些领域有重要应用？
- 接触燃烧式气敏传感器在检测过程中需要注意哪些安全问题？
- 光学类气敏传感器相比其他类型的气敏传感器有哪些独特的优势？
答案：
- 半导体电阻式气敏传感器的工作原理主要基于气体分子在半导体材料表面吸附或解吸时，会引起半导体材料电阻值的变化。这种传感器主要用于检测空气中的可燃性气体、有毒气体和有机溶剂蒸气等。
- 结型气敏传感器的基本结构通常包括一个结型二极管，其工作原理是通过气体分子与结型二极管表面的反应，导致结型二极管的电性能发生变化，从而实现对气体的检测。
- 浓差电池式气敏传感器在环保、石油化工、医疗等领域有重要应用，主要用于检测各种气体的浓度，如氧气、一氧化碳、硫化氢等。
- 接触燃烧式气敏传感器在检测过程中需要注意的安全问题包括防止传感器过热、避免与易燃易爆气体直接接触以及确保传感器在良好的通风环境中工作等。
- 光学类气敏传感器相比其他类型的气敏传感器具有响应速度快、选择性好、灵敏度高等独特的优势，特别是在检测一些无色无味的气体时，其优势尤为明显。
三、论述题
题目：
- 分析气敏传感器在环境监测中的应用，并讨论其在当前环境问题治理中的作用与重要性。
- 讨论气敏传感器技术未来发展的主要趋势和挑战，并预测其对相关产业的影响。
答案：
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气敏传感器在环境监测中的应用非常广泛，它们可以用于检测空气中的各种污染物，如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、颗粒物等。这些传感器能够提供实时的空气质量数据，帮助人们了解环境状况，为环境治理提供科学依据。在当前环境问题日益严重的背景下，气敏传感器在环境治理中发挥着越来越重要的作用。
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气敏传感器技术未来发展的主要趋势包括提高灵敏度、增强选择性、降低功耗、实现微型化等。同时，随着物联网、大数据、云计算等技术的不断发展，气敏传感器将与其他传感器和设备实现更加紧密的集成和互联，形成更加智能的感知系统。然而，气敏传感器技术也面临着一些挑战，如如何提高传感器的稳定性和可靠性、如何降低制造成本等。这些挑战需要科研人员不断探索和创新，以推动气敏传感器技术的持续发展和应用。
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