SnO2气体传感器

SnO2Gas Sensing Array for Combustible and Explosive Gas Leakage Recognition

Dae-Sik Lee,Duk-Dong Lee,Sang-Woo Ban,Minho Lee,and Youn Tae Kim

Abstract—A gas-sensing array with ten different SnO2sensors was fabricated on a substrate for the purpose of recognizing various kinds and quantities of indoor combustible gas leakages, such as methane,propane,butane,LPG,and carbon monoxide, within their respective threshold limit value(TLV)and lower explosion limit(LEL)range.Nano-sized sensing materials with high surface areas were prepared by coprecipitating SnCl4with Ca and Pt,while the sensing patterns of the SnO2-based sensors were differentiated by utilizing different additives.The sensors in the sensor array were designed to produce a uniform thermal distribution along with a high and differentiated sensitivity and reproducibility for low concentrations https://www.sodocs.net/doc/4313941184.html,ing the sensing signals of the array,an electronic nose system was then applied to classify and identify simple/mixed explosive gas leakages.A gas pattern recognizer was implemented using a neuro-fuzzy network and multi-layer neural network,including an error-back-propagation learning algorithm.Simulation and experimental results confirmed that the proposed gas recognition system was effective in identifying explosive and hazardous gas leakages.The electronic nose in conjunction with a neuro-fuzzy network was also implemented using a digital signal processor (DSP).

Index Terms—Explosive gas leakage,neuro-fuzzy network, sensor array,tin oxide.

I.I NTRODUCTION

R ECENTLY,as the usage of LNG and LPG gas has increased,the frequency of accidental explosions due to leakage has sharply increased.Therefore,the ability to monitor and precisely measure leakages of combustible and explosive gases is crucial in preventing the occurrence of such accidents. Accordingly,the development of sensors and systems that can selectively detect and determine various kinds and quantities of combustible gases within the ranges of the lower explosion limits(LELs)and threshold limit values(TLVs)is urgently needed.There have already been various reports on the use of different kinds of metal oxide sensors for detecting combustible gases[1].Furthermore,to overcome the poor selectivity, humidity interference,and long-term drift of a sensor signal, studies have also been conducted to develop an electronic nose with sensor array systems consisting of various sensing mate-

Manuscript received August14,2001;revised May21,2002.The associate editor coordinating the review of this letter and approving it for publication was Dr.H.Troy Nagle.

D.-S.Lee and Y.T.Kim are with the Bio-MEMS team,Electronics and Telecommunication Research Institute(ETRI),Taejon,Korea (e-mail:dslee@etri.re.kr).

D.-D.Lee,S.-W.Ban,and M.Lee are with the School of Electronic& Electrical Engineering,Kyungpook National University,Taegu,Korea(e-mail: ddlee@ee.knu.ac.kr).

Publisher Item Identifier

10.1109/JSEN.2002.800685.

(a)

(b)

Fig.1.(a)Process sequence for sensing materials and(b)fabrication of sensor

array.

rials,such as metal oxides,electrochemical sensors,conducting

polymers,field effect transistor devices,surface acoustic wave

devices,and hybrid sensor arrays[2]–[6].

For continuous usage without relearning,an electronic nose

requires individual sensors with a high reliability,stability,and

sensitivity.However,sensor responses tend to drift significantly

when sensors are used over a long time period,resulting in

poor selectivity and redundant pattern recognition.Therefore,

the fabrication of more reliable and stable sensors,or adjustment

of the pattern recognition routine according to variations in the

sensor response is needed[3].Accordingly,the current study

synthesizes nano-sized tin oxide materials using the coprecip-

itation method and fabricates a sensor array with ten kinds of

thick-film sensors on a substrate.

1530-437X/02$17.00?2002IEEE

/Ca,Pt powder was used as the base

material.To prepare the raw materials,a solution containing

SnCl

CO

Ca O and,

H O was copre-cipitated by controlling the pH.The powder was then washed,dried,and calcined in an electric furnace at 600

to reduce the grain size and enhance the gas-sensing prop-erties of the https://www.sodocs.net/doc/4313941184.html,ing this powder as the base material,ten kinds of sensing materials with different additives,i.e.,none,Pt

(1wt.%),La

(5wt.%),CuO (5wt.%),Pd (3wt.%),Sc (3wt.%),TiO (10wt.%),ZnO (1wt.%),and Pd

(3)

(1wt.%),were uniformly mixed to modify the sen-sitivity spectrum of the sensors,based on previous results [8].The process sequence is shown in Fig.1(a).

The sequential process used to fabricate the sensor array is shown in Fig.1(b).The sensing films were all prepared using the silk printing technique.After being simultaneously deposited by silk printing,the sensing films were then annealed at 800

1.2cm

C.The

sensor signals were transferred to a test system and monitored using a personal computer in a testing chamber.

The microstructure of the basic sensing-film was investigated using a transmission electron microscope (TEM)and X-ray diffraction (XRD),while a voltage detecting method was

used

Fig.2.Photograph of fabricated sensor

array.

Fig.3.Crystalline size of SnO

base powders as a function of

CH

100(%)

where

and

are the electrical resistances in explosive gas and humid air,respectively.

(a)(b)

(c)(d)

(e)

Fig.5.Response of fabricated sensors array to four combustible gases;(a)methane,(b)butane,(c)propane,(d)carbon monoxide,and(e)LPG.

III.R ESULTS AND D ISCUSSION

A.Microstructure and Gas-Sensing Characteristics of SnO

/Pt,Ca powders as a function of the an-nealing temperature revealed that the peak patterns followed the tetragonal structure(JCPDS card no.41-1445)of the commer-cial powder(99.9%,Aldrich Co.).

Xu et al.demonstrated that SnO

powders as a function of the heating temperature in the case of adding Ca and/or Pt at 0.1wt.%was measured by TEM analyzes,as shown in Fig.3, which revealed that Ca suppressed the grain growth of the SnO

/Ca(0.1wt%)exhibited the smallest grain size of6nm under600

/Ca(0.1wt%)and SnO

-based thick films to gases can be modulated as a function of temperature.Plus,small water molecules are also known to appear on the surface of SnO C[11].Therefore,the operating tem-perature for the sensors in the array was set at400

C,as shown in Fig.4.To prepare the various concentrations,the pure gases to be tested was injected by a syringe to a chamber with the volume of10liter and mixed the gases evenly with the atmo-spheric air using a small fan.SnO

/Pt,Ca(0.1wt.%)was finally used as the base material for the sensor array.

The operating temperature of the sensors in the array was set at400

-Based Thick Film Sensors for Combustible Gases

It is known that the sensitivity of SnO

-based thick-film sensors to combustible gases(methane,propane,butane,LPG,and carbon monoxide)within a concentration range of0

C is shown in Fig.5.The sensors exhibited a good sensitivity and linearity to the combustible gas concentration. All the SnO

C.

sensors in the sensor array.Accordingly,the ability of the

sensor array to recognize various kinds and quantities of combustible gases was determined to range from0

,

WO

O

base material,while the other sensing

materials showed a lower sensitivity to methane compared to

the base material.Similarly,those materials,including V,

TiO

O,Sc,Z n O,o r P d,w e r e m o r e s e n s i t o p r o p a n e o r b u t a n e t h a n t h e p u r e S n O

Fig.8.PCA results of sensing data obtained from sensor array.

materials were less sensitive.For carbon monoxide,the sensing

materials,including V

,La ,Z n O ,P d ,W O .A c c o r d i n g l y ,t h e n o b l e m e t a l o r o x i d e a d d i t i v e s a p p e a r e d

t o c o n f e r d i f f e r e n t i a t e d s e n s i t i v i t y p a t t e r n s o n t h e S n O

C i s s h o w n i n

F i g .6.H e r e ,t h e g a s r e a c t i o n b e g a n t o s a t u r a t e w i t h i n 3

3m i n ,i n s i t u .T h e s e n s o r s a l s o e x h i b i t e d v a r i o u s g a s -s e n s i n g c u r v e s a c c o r d i n g t o t h e k i n d o f a d d i t i v e .

W a t e r m o l e c u l e s a r e k n o w n t o i n t e r f e r e w i t h t h e s e n s i t i v i t y

o f g a s s e n s o r s .B a s e d o n p r e v i o u s r e s u l t s i n d i c a t i n g t h e a p p e a r -a n c e o f s m a l l w a t e r m o l e c u l e s o n t h e s u r f a c e o f S n O C [11],[12],t h e r e s p o n s e o f t h e s e n s o r s t o 500p p m o f L P G w a s i n v e s t i g a t e d ,a s s h o w n i n F i g .7.O n l y a m i n i m a l a m o u n t o f i n t e r f e r e n c e w i t h t h e s e n s i t i v i t y w a s o b s e r v e d a t a n

e l e v a t e d t e m p e r a t u r e o

f 400

C w o u l d m i n i m i z e t h e i n t e r f e r i n g e f f e c t o f w a t e r o n t h e

s e n s i n g p r o p e r t i e s o f t h e s e n s o r s .

T h e p o s s i b i l i t y o f c l a s s i f y i n g v a r i o u s k i n d s a n d q u a n t i t i e s o f

s i m p l e /m i x e d c o m b u s t i b l e g a s e s c a n b e a c h i e v e d u s i n g a p r i n -c i p a l c o m p o n e n t a n a l y s i s (P C A )t h a t m a p s m u l t i -d i m e n s i o n a l d a t a o n t o t w o -o r t h r e e -d i m e n s i o n a l a x e s w i t h a m i n i m u m l o s s o f i n f o r m a t i o n .A f t e r t h e d a t a o b t a i n e d f r o m t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s w a s m e a s u r e d u s i n g f o u r r e p e t i t i v e x p e r i m e n t ,i t w a s t r a n s p o s e d o n t o t w o a x e s ,a s s h o w n i n F i g .8,t h e r e b y d e m o n -F i g .9.A r c h i t e c t u r e o f p r o p o s e d t w o -s t e p r e c o g n i t i o n s y s t e m

s t r a t i n g t h e a b i l i t y t o r o u g h l y c l u s t e r p o i n t s a c c o s p e c i e s a n d q u a n t i t y.H o w e v e r ,i t w a s d i f f i c u l t t o c

1000p p m o f p r o p a n e a n d 500p p m o f b u t a n e d u e t o t p r o x i m i t y t o e a c h o t h e r.T h e r e f o r e ,t o p r e c i s e l y c l w i t h s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s a n d o v e r c o m e s t a t i s t i a g a s p a t t e r n r e c o g n i z e r u s i n g a m u l t i -l a y e r n e u r a l e m p l o y e d a l o n g w i t h a n e r r o r -b a c k -p r o p a g a t i o n l e r i t h m .

C .I m p l e m e n t a t i o n o f G a s P a t t e r n R e c o g n i z e r a n d R e c o g n i t i o n S y s t e m F i g .9s h o w s t h e s t r u c t u r e o f t h e p r o p o s e d g a s m e s y s t e m ;t h e s t r u c t u r e o f t h e n e u r a l n e t w o r k a s t h e g a n d t h e s t r u c t u r e o f t h e n e u r o -f u z z y n e t w o r k a s t c e n t r a t i o n r e c o g n i z e r.T h a t i s ,t h e p r o p o s e d c o m r e c o g n i t i o n s y s e m i n c l u d e s t w o p a t t e r n a n a l y z e r n e t w o r k w a s i p l e

m e n t e d t o i d e n t i f y t h e k i n d o f

represents the center values of the output vir-tual membership functions,which is determined by considering the sensor characteristics

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Fig.11.Examples of combustible gas classification results based on learning data (left side:sensitivity of sensor array,right side:classification results);(a)methane 250ppm,(b)butane 1000ppm,(c)propane 500ppm,(d)LPG 3000ppm,and (e)carbon monoxide 3000ppm.

As shown in Table I,the neuro-fuzzy gas concentration recog-nizer generated correct recognition results for the learning data with additive random noise of about 5%.As shown in Table II,the neuro-fuzzy network for the gas concentration recognizer exhibited good generalization results for the test data.As shown in Tables I and II,the average errors for the recognition results were

usually

10%.These experimental results are very reasonable because a variation in the sensitivities of the sensor array and the low-res-olution representation of the sensitivity can generate variations

in the sensitivities of the sensors of

about

-gas sensing array system with a neuro-fuzzy pattern recognizer was implemented as an electronic nose system for monitoring leakages of combustible and explosive gases.

SnO

C to reduce the water interference on the sensors.Ten SnO

TABLE I

M EASUREMENT R ESULTS FOR G AS C ONCENTRATIONS U SED TO T RAIN

N EURO -F UZZY N

ETWORK

TABLE II

M EASUREMENT R ESULTS FOR G AS C ONCENTRATIONS NOT U SED TO T RAIN

N EURO -F UZZY N

ETWORK

eral additives,including Pt,Pd,Au,CuO,La ,Sc ,TiO

,or ZnO,were mixed with the base material.The resulting sensor array exhibited high and selective sensitivities to low gas concentrations at 400

,”Sens.Actuators B ,vol.1,pp.93–96,1990.

[4] D.-D.Lee and D.-S.Lee,“Environmental gas sensors,”IEEE Sensors ,vol.1,pp.214–224,Oct.2001.

[5]K.C.Persaud,S.M.Khaffaf,J.S.Payne,D.H.Lee,and H.G.Byun,“Sensor array techniques of mimicking the mammalian olfactory system,”Sens.Actuators B ,vol.35-36,pp.267–273,1996.

[6]

C.-F.Mandenius,T.Eklov,and I.Lundstrom,“Sensor fusion with on-line gas emission multisensor arrays and standard process measuring devices in Baker’s yeast manufacturing process,”Biotechnol.Bioeng.,vol.55,no.2,pp.427–238,1997.

[7]

Y .H.Hong and D.D.Lee,“Gas sensing characteristics of SnO

,H ,”S u r f .S c i .,v o l .86,p p .

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[13]M .L e e ,S .-Y.L e e ,a n d C .-H .P a r k ,“N e u r o -f u z z y i d e n t i

t r o l l e r s ,”J .I n t e l l .F u z z y S y s t .,v o l .2,p p .1–14,1994.[14]S .H a y k i n ,N e u r a l N e t w o r k s ;A C o m p r e h e n s i v e F o u n d a t i o n

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[15] D.-S.Lee,J.-W.Lim,J.-S.Huh,H.-G.Byun,and D.-D.Lee,“An electric

nose for recognizing combustible gases using thick film sensor array and neural network,”in Electron.Noses Olfaction 2000,J.W.Gardner and K.C.Persaud,Eds.London,U.K.:IOP,2000,pp.107–113.

《传感器与测试技术》

1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。

半导体气体传感器的结构及原理

一、在博物馆文物、档案管理方面的运用 这是温湿度传感器应用的另一个领域。档案的纸张在温湿度适宜的条件可以多存放一些时间，而一旦温湿度条件遭到破坏纸张将要变脆，重要资料也将随之荡然无存，对档案馆进行温湿度记录是必要的，可以预防恶性事故的发生。使用温湿度传感器将使温湿度记录的工作得以简化，也将节约文物保管的成本，使这一工作得以科学化，不受到过多的人为因素的干扰。 二、在疫苗冷链中的运用 气体传感器主要针对于行业中的气体进行检测，在工业、电子、电力、化工、治金等行业中都有一定的应用。气体传感器的种类是比较多的，其中常用的主要有半导体式、接触燃烧方式、化学反应式、光干涉式、热传导式、红外线吸收散式等。而这当中以半导体气体传感器应用更为广泛。 半导体气体传感器由气敏部分、加热丝以及防爆网等构成，它是在气敏部分的sno2、fe2o2、zno2等金属氧化物中添加pt、pd等敏化剂的传感器。传感器的选择性由添加敏化剂的多少进行控制，例如，对于zno2系列传感器，若添加pt，则传感器对丙烷与异丁烷有较高的灵敏度;若添加pd，则对co与h2比较敏感。 气体传感器以陶瓷管为框架，外覆一层敏感膜的材料，利用膜两端的镀金引脚进行测量。敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜。金电极连接气敏材料的两端，使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。由于金属氧化物有很高的热稳定性，而且这种传感器仅在半导体表面层产生可逆氧化还原反应，半导体内部化学结构不变，因此，长期使用也可获得较高的稳定性。 原理简介如下：金属氧化物一旦加热，空气中的氧就会从金属氧化物半导体结晶粒子的施主能级中夺走电子，而在结晶表面上吸附负电子，使表面电位增高，从而阻碍导电电子的移动，所以，气体传感器在空气中为恒定的电阻值。这时还原性气体与半导体表面吸附的氧发生氧化反应，由于气体分子的离吸作用使其表面电位高低发生变化，因此，传感器的电阻值要发生变化。对于还原性气体，电阻值减小;对于氧化性气体，则电阻值增大。这样，根据电阻值的变化就能检测气体的浓度。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.sodocs.net/doc/4313941184.html,。

几种气体传感器的研究进展

一、前言 1964 年，由Wickens 和Hatman 利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了第一个气敏传感器，1982年英国Warwick 大学的Persaud 等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构，自此后气体传感器飞速发展，应用于各种场合，比如气体泄漏检测，环境检测等。现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。 下面简单介绍各种常用的气体传感器的工作原理和一些常用气体传感器的最新的研究进展。 二、气体传感器的分类和工作原理 气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。 电阻式半导体气敏元件是根据半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；非电阻式半导体气敏元件则是根据气体的吸附和反应使其某些特性发生变化对气体进行直接或间 接的检测。 接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升，这种温度变化可使贵金属电极电导随之变化的原理而设计的。另外与半导体传感器不同的是，它几乎不受周围环境湿度的影响。电容式气体传感器则是根据敏感材料吸附气体后其介电常数发生改变导致电容变化的原理而设计。 电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质又分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯—比尔（Lambert－Beer）吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度：

气敏传感器及其工作原理

气敏传感器及其工作原理 指导老师：雷家珩 汇报者：周华 汇报时间：2011.11.2

目录 ?气敏传感器定义 ?气敏传感器分类 ?气敏传感器工作原理 ?气敏传感器的应用 ?气敏传感器研究现状与发展趋势 ?参考文献

1 气敏传感器定义 气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

2 气敏传感器分类半导体式气敏传感器 气敏传感器 绝缘体气敏传感器 电化学气敏传感器 光干涉式气敏传感器 热传导式气敏传感器 红外线吸收散式气敏传感 器电阻型 非电阻型接触燃烧式型电容式恒电位电解式伽伐尼电池式

3 气敏传感器工作原理 3.1 半导体气敏传感器工作原理 ●半导体气敏传感器(见图1,2)由气敏部分、加热丝及防爆网 等构成,它是在气敏部分的SnO 2、Fe 2 O 2 、ZnO 2 等金属氧化物中添 加Pt、Pd等敏化剂的传感器。 ●半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时,产生的电导率等物性变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附) ,失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。

这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向 的气体有O 2和NO x ,称为氧化型气体或电子接收性气体。如果器件 的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H 2 、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。 图1 半导体气敏传感器结构图图2 半导体气敏传感器的符号表示

传感器和检测技术课后答案

第一章课后习题答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。 （2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统 ①MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。 ②研制仿生传感器 ③研制海洋探测用传感器 ④研制成分分析用传感器 ⑤研制微弱信号检测传感器 （3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。 （4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。 （5）多功能与多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。 1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度； 2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx 的比值； 3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；

气体传感器的分类及应用

气体传感器的分类及应用 所谓气体传感器是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的仪表。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。在电力工业等生产制造领域，也常用气体传感器定量测量烟气中各组分的浓度，以判断燃烧情况和有害气体的排放量等。在大气环境监测领域，采用气体传感器判定环境污染状况，更是十分普遍。 气体传感器的分类，从检测气体种类上，常分为可燃气体传感器(常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式)、有毒气体传感器(一般采用电化学、金属半导体、光离子化、火焰离子化式)、有害气体传感器(常采用红外、紫外等)、氧气(常采用顺磁式、氧化锆式)等其它类传感器；从仪表使用方法上，分为便携式和固定式；从获得气体样品的方式上，分为扩散式(即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触)、吸入式(是指通过使用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等)；从分析气体组分上，分为单一式 (仅对特定气体进行检测)和复合式(对多种气体成分进行同时检测)；按传感器检测原理，分为热学式、电化学式、磁学式、光学式、半导体式、气相色谱式等。

热学式气体传感器 热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的，其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛(如H2、CO2、SO2、NH3、Ar 等)。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应(即燃烧)，其典型为催化燃烧式气体传感器，其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸气、酒精乙醚蒸气等。美国RAE Systems公司生产的FGM-3100催化燃烧式可燃气体检测仪，其采样方式为扩散式，检测精度达±2%满量程，响应时间<15s。 催化燃烧式气体传感器 催化燃烧式气体传感器的主要优点是对所有可燃气体的响应有广谱性，对环境温度、湿度影响不敏感，输出信号近线性，且其结构简单，成本低。但其主要不足是精度低，工作温度高 (内部温度可达700～800℃)，电流功耗大，易受硫化物、卤素化合物等中毒的不利影响等。

气体传感器—空气污染物检测基本方法

气体传感器—空气污染物检测 气体传感器常用于探测可燃、易燃、有害气体的浓度，以及检测其他空气中常见气体的浓度。气体传感器按照检测原理不同，分为半导体式、电化学式、气相色谱式、热学式、磁学式、光学式等。可检测的气体包括：一氧化碳、二氧化碳（CO 、CO ），二氧化硫（SO ），氮氧化物（NO 、NO ），甲醛，苯及总挥发性有机化合物（TVOC ），氧气（O ），氢气（H ），碳氢化合物等。 1）半导体式气体传感器 半导体式气体传感器是根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体 浓度测量的。 从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理）等。具有结构简22222

单、检测灵敏度高、反应速度快等诸多实用性优点，但其主要不足是测量线性范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。 2）电化学式气体传感器 电化学式气体传感器是利用被测气体的电化学活性，将其电化学氧化或还原，从而分辨气体成分，检测气体浓度的。较常见的电化学传感器类型有原电池型、恒定电位电解池型等。 目前，电化学传感器是检测有毒、有害气体最常见和最成熟的传感器。其特点是体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。不足是易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。

3）气相色谱式分析仪 气相色谱式分析仪是基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析仪表。气相色谱仪的主要优点是灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。缺点是定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。 4）热学式气体传感器 热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。 热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛，包括H、CO、SO、NH、Ar等。 2223

传感器与检测技术复习资料

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第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定 关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理 量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分 布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变， 按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部 件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果， 应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特 征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高， 则精密度和准确度都高。

气体传感器的结构与装配

半导体氧化物气体传感器的结构与装配 一、实验目的 1、了解气敏传感器的结构； 2、提高学生的操作能力，能够独立制作气敏元件。 二、复习内容 对纳米氧化锌粉体进行合成，并得到了不同处理条件下的样品。本次实验主要是气敏元件的制作。 三、化学试剂 纯水、聚乙二醇 四、仪器与材料 玻璃片、一次性胶头滴管、研钵、镊子、微型刷涂笔、电阻丝、陶瓷管、气敏底座、电烙铁、焊锡、泡沫板、细铁丝、剪刀、锉刀、万用表、 五、实验步骤 1、气敏传感器的结构：底座、陶瓷管、电阻丝。 2、制作气敏件：首先将底座固定在泡沫板上固定，将陶瓷管的四只金属爪用镊子拉直， 套在准备好的细铁丝上。用镊子将金属爪放在底座的金属柱上（注意摆放的位置）， 接通电烙铁的电源（注意避免烫伤），待加热完成后，蘸取焊锡，将金属爪固定在 金属柱上。金属爪焊接完成后，将电阻丝穿过陶瓷管，以同样的操作过程焊在底座 上。操作过程中要迅速，依次将金属爪与电阻丝焊在底座上。制作完成后将多余外 露的电阻丝用剪刀剪下。最后用万用表测试焊接处是否密实。 3、涂刷粉体：将适量粉体置于研钵中研磨均匀，取少量放在准备好的玻璃片上，滴1-2 滴纯水形成均匀且粘度适中的浆体，用微型刷涂笔蘸取少许均匀得涂覆于陶瓷管表 面。注意在涂覆过程中，每次取少量浆体，保证涂抹均匀，待一层晾干后再涂下一 层，涂层不可过厚。 4、气敏元件老化：先将制作好的气敏元件置于阴凉处阴干24h，再将其置于AS-20传 感器老化台上于80mA老化24小时，160mA老化2h，（每组标号自己的序号，不 要和其他组重复）即得ZnO气敏元件。 六、思考题 1、样品涂覆完成后，老化的目的是什么？ 2、如果涂层过厚，会对元件的气敏性能产生怎样的影响？

电化学气体传感器

电化学气体传感器的研究 电化学气体传感器是由膜电极和电解液灌封而成的。气体浓度信号将电解液分解 成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确（可用于ppm级），稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大于等于两年）。它主要适用于 毒性气体的检测，目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 电化学气体传感器的分类 电化学气体相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧 化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学分很多子类：(1)、原电池型气体传感器(也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器)，他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流 表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器 可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。 (2)、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正 的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害的主流传感器。 (3)、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用 氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。 (4)、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧 浓度检测。 电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的电池式以 及需要供电的可控电位电解式。 基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极 和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传 感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。 为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度 增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一 个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。至此传感 器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。

几种气体传感器的检测原理

几种气体传感器的检测原理 新世联科技有限公司为你分享：几种气体传感器的检测原理 包含以下几种气体传感器： 金属氧化物半导体传感器\ 催化燃烧式气体传感器 \ 定电位电解式气体传感器\ 迦伐尼电池式氧气传感器\ 红外传感器\ PID光离子气体传感器 \ 检测气体的浓度依赖于气体检测变送器，传感器是其核心部分，按照检测原理的不同，主要分为金属氧化物半导体式传感器、催化燃烧式传感器、定电位电解式气体传感器、迦伐尼电池式氧气传感器、红外式传感器、PID光离子化传感器等，以下简单阐述各种传感器的原理及特点。 金属氧化物半导体式传感器 金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，通过电流变化的比较，激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大，输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器，因其反应十分灵敏，故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。 催化燃烧式传感器 催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一，具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，使温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。 定电位电解式气体传感器 定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术，在此方面国外技术领先，因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。 迦伐尼电池式氧气传感器 隔膜迦伐尼电池式氧气传感器的结构：在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10~30μm的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比，由于整个反应中阳极金属有消耗，所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟，完全可以国产化此类传感器。 红外式传感器 红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏，对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂，成本高。

2018电大本科《传感器与测试技术》形考

2018电大本科《传感器与测试技术》形考1-4 形考作业一 一、判断题（Y对/N错） 1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。Y 2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。Y 3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。N 4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。N 5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。Y 6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。Y 7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。N 8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。Y 9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。Y 10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。Y 11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。Y 12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。Y 14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。Y 15．测量误差越小，传感器的精度越高。Y 16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。N 17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。Y 18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。N 19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。Y

气体传感器Word版

实验八气体传感器实验 【实验目的】 1. 理解气体传感器的工作原理； 2. 掌握单片机驱动气体传感器的方法。 【实验设备】 1. 装有IAR 开发工具的PC 机一台； 2. 下载器一个； 3. 物联网多网技术综合教学开发设计平台一套。 【实验要求】 1. 编程要求：编写气体传感器的驱动程序； 2. 实现功能：检测室内的有害气体并输出标志位； 3. 实验现象：将检测到的数据通过串口调试助手显示。 【实验原理】 1. 气体传感器简介 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。 2. 气体传感器分类及在本实验中的应用 气体传感器通常以气敏特性来分类，主要可分为：半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。 半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。这些都是由材料的半导体性质决定的。原理如下图所示：

根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。 本实验采用的是电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜(例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02 等)制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器有助于氧化反应进程。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。 3. 气体传感器MQ-6 灵敏度特性 符号参数名称技术参数备注 Rs敏感体电 阻10KΩ-60KΩ探测范围： 100-1000ppm 检测目标：LPG、 丁烷、丙烷、LNG α （1000ppm/4000PPMLNG） 浓度斜率≤0.6 标准工作条件温度：20℃±2℃ Vc：5.0V ±0.1V 相对湿度：65﹪±5﹪ Vh： 5.0V±0.1V 预热时间不少于24 小时 【电路连接】 电路连接如图所示。

气体传感器实验

气体传感器实验 学院：计信专业：自动化 姜木北 【实验目的】 1. 理解气体传感器的工作原理； 2. 掌握单片机驱动气体传感器的方法。 【实验设备】 1. 装有IAR 开发工具的PC机一台； 2. 下载器一个； 3. 物联网多网技术综合教学开发设计平台一套。 【实验原理】 1. 气体传感器简介 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。 2. 气体传感器分类及在本实验中的应用 气体传感器通常以气敏特性来分类，主要可分为：半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。这些都是由材料的半导体性质决定的。如图 1.112所示： 根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。 本实验采用的是电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜(例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等)制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器有助于氧化反应进程。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。 3. 气体传感器MQ-6灵敏度特性灵敏度特性如下图：1.16所示。

传感器与测试技术作业参考答案

第一次作业答案 1√2√3×4×5×6×7×8√9√10√ 1、敏感元件、转换元件 2、电容式 3、被测构件 4、线性度 5、高 6、输出、输入 7、传感器的分辨率、分辨率 8、高精度 9、电压、电流 10、直流电桥和交流电桥 三、 1.模拟信号和数字信号，模拟信号的如电阻式传感器、电容式传感器等，数字信号的如光电式编码器 2.p41页，常用的分类方法有按选频作用进行分类（低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器）、根据构成滤波器的元器件类型进行分类（CR、LC或晶体谐振滤波器）、根据构成滤波器的电路性质进行分类（有源滤波器、无源滤波器）、根据滤波器所处理信号的性质进行分类（模拟滤波器和数字滤波器） 3.电阻应变片的工作原理是基于应变—电阻效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为应变电阻效应。 电阻应变片的工作原理是基于应变效应。电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。dR/R=Ks*ε 其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。 4.课本74页

5.课本71页 6.当金属线材受到单位拉力时，由于整根金属线的每段都受到同样大小的拉力，其应变也是相同的，故线材总电阻的增加值为各微段电阻增加之和。但整根金属线材弯折成栅状，制成应变片后，在应变片的灵敏轴向施以拉力，则直线段部分的电阻丝仍产生沿轴向的拉伸应变，其电阻式增加的，而各圆弧段，除了有沿轴向产生的应变外，还有在与轴向垂直的方向上产生的压缩应变，使得圆弧段截面积增大，电阻值减小。虽然金属丝敏感栅的电阻总的变现为增加，但是，由于各圆弧段电阻减小的影响，使得应变片的灵敏系数要比同样长度单纯受轴向力的金属丝的灵敏系数小，这种由弯折处应变的变化使灵敏系数减小的现象称为应变片的 横向效应。

各类气体传感器的原理、结构及参数

各类气体传感器的原理、结构及参数 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头内。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。 气体种类繁多，性质各异，因此，气体传感器种类也很多。按待检气体性质可分为：用于检测易燃易爆气体的传感器，如氢气、一氧化碳、瓦斯、汽油挥发气等；用于检测有毒气体的传感器，如氯气、硫化氢、砷烷等；用于检测工业过程气体的传感器，如炼钢炉中的氧气、热处理炉中的二氧化碳；用于检测大气污染的传感器，如形成酸雨的NOx、CH4、O3，家庭污染如甲醛等。按气体传感器的结构还可分为干式和湿式两类；按传感器的输出可分为电阻式和费电阻式两类；按检测院里可分为电化学法、电气法、光学法、化学法几类。 半导体气体传感器 半导体气体传感器可分为电阻型和非电阻型(结型、MOSFET型、电容型)。电阻型气敏器件的原理是气体分子引起敏感材料电阻的变化；非电阻型气敏器件主要有M()s二极管和结型二极管以及场效应管(M()SFET)，它利用了敏感气体会改变MOSFET开启电压的原理，其原理结构与ISFET离子敏传感器件相同。 电阻型半导体气体传感器 作用原理 人们已经发现SnO2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO2等材料都存在气敏效应。用这些金属氧化物制成的气敏薄膜是一种阻抗器件，气体分子和敏感膜之间能交换离子，发生还原反应，引起敏感膜电阻的变化。作为传感器还要求这种反应必须是可逆的，即为了消除气体分子还必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器有助于氧化反应进程。SnO2薄

(完整版)传感器与测试技术毕业课程设计

传感器与测试技术课程设计 《荷重传感器及电子秤》 课程设计

分校（站、点）： 年级、专业：机械制造及其自动化 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 2012、6 一，设计简述 随着现代化生产的发展，电子秤在许多商业活动中已成为不可缺少的计量工具。电子秤作为一个典型的自动检测系统，也可归纳为由三大环节所组成。 如图1所示一次仪表通常指的是传感器，它是由敏感元件，电路，机构等组成，是利用某些特殊材料对某些物理量具有一定的敏感，然后转换成电量（电压，电流）。通常来自一次仪表的电信号比较弱小，不足以驱动显示器。为此采用二次仪表对信号进行放大；来自一次仪表的电信号往往还夹带外部的干扰信号，必须把它去除，一般二次仪表还包括滤波电路用以消除干扰。传感器的转换关系往往并不服从线性关系，所以有时还需要进行适当的线性补偿处理。故称二次仪表为测量与显示部件。

二次仪表的输出信号可能是模拟量，也可能是数字量。三次仪表是采用了计算机技术，所以要求二次仪表的输出信号必须是数字信号。三次仪表将进一步对信号进行处理并形成控制量输出。作为规模较小的仪表系统，三次仪表主要是以中央处理器为核心的数字电路，组成智能化仪表。使整个测量系统的性能与功能大大提高。 图2所示的以单片机为核心部件组成三次仪表，它大大丰富了电子秤功能。 各种各样形式的电子秤的仪表结构都是大同小异的，都必须利用荷重传感器来采集重量信号并变换成相应大小的电信号。电子秤的二次仪表把来自荷重传感器的微弱电压信号进行放大，滤波。这不仅为了提高灵敏度，更重要的是与下一环节的电路进行正确匹配。目前大多数电子秤是数字显示方式，所以模拟信号还必须作模数转换。有了AD转换器的数码信号，就可以进行自动标度变换、自动超载报警、自动数字显示。还可以增加人机对话键盘、与外部设备的数据交换与通信、输出模拟或数字控制信号等功能。由此大大提高了性能。 二，设计过程 1、荷重传感器电子称传感器的选用 荷重传感器的形式有电阻式、电容式、压磁式等多种形式。电阻式传感器又分为

气体传感器原理

气体传感器原理

分析气体传感器选择及其分类 气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探测头。从本质上讲，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。 气体的采样方法直接影响传感器的响应时间。目前，气体的采样方式主要是通过简单扩散法，或是将气体吸入检测器。（简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。目标气体穿过探头的传感器，产生一个正比于气体体积分数的信号。由于扩散过程渐趋减慢，所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道。这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流，所以在气流大小和流速经常变化的情况下，这种方法较值得推荐。将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离，距离的长短主要是根据传感器的设计，但采样线较长会加大测量滞后时间，该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。对于某种目标气体和汽化物，如SiH4以及大多数生物溶剂，气体和汽化物样品量可能会因为其吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。） 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 稳定性：传感器在整个工作时间基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。 响应特性（反应时间）：传感器的频率响应特性决定了被测量的频率围，必须在允许频率围保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因而频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点 (稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过大的误差。 线性围：传感器的线性围是指输出与输入成正比的围。以理论上讲，在此围，灵敏度保持定值。传感器的线性围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的围，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。 灵敏度的选择通常在传感器的线性围，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的于扰信号。

电化学气体传感器的优缺点

不同电化学气体传感器中所包含的不同成份决定了它可与相应的毒气发生反应;测量头可测量反应所产生的电流并将其转换成气体浓度值（ppm或ppb）。催化传感器在涂有催化剂的小球上“无焰燃烧”可燃性气体;测量头可测量电阻的变化并通过a/d 转换，显示变化相应的读数。一般以爆炸下限作为满量程。 由于电化学型和催化燃烧型测量头相对较低的成本，它们通常被用于“源点”（即泄漏有可能发生的地方）处的测量。因而对泄漏的反应迅速并可连续探测。另外，由于没有可移动部件，所以不会造成机械故障。 但是，这两种类型的传感器也有缺点：一些气体传感器不但对与之相应的气体（即它们按照设计应该反应的气体）反应，而且对其他气体（干扰气体）也发生反应，因此有必要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在有可能有干扰气体存在的地方。传感器需要定期标定，通常为三个月一次（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）;传感器在使用1到3年后通常需要更换（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）。另外，有些品牌的传感器使用的是电解溶液，这就需要定期填充电解液。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.sodocs.net/doc/4313941184.html,。

传感器与测试技术 ( 第2次 )

第2次作业 一、多项选择题（本大题共100分，共 25 小题，每小题 4 分） 1. 传感器的静态标定设备（标准值发生器）有（） A. 力标定设备 B. 压力标定设备 C. 温度标定设备 D. 激振台 E. 力锤 2. 传感器的基本参数有（） A. 测量范围 B. 量程 C. 过载能力 D. 灵敏度 E. 静态精度 3. 压电元件的连接方式有（），其中（）方式输出电荷量大。 A. 多片串联 B. 多片并联 4. 在金属热电阻中，其测温特性最好的是( )，在精度要求不高的场合和测温范围较小时，普遍使用( )。 A. 铂电阻 B. 镍电阻 C. 铜电阻 D. 锰电阻 5. 串联两个热电偶的输出电动势是( )，因而可以用于测量( )。 A. 各热电动势的平均值 B. 各热电动势的代数和 C. 两点之间温度之和（差） D. 两点的平均温度 6. 形成干扰的条件是( )。 A. 干扰源 B. 信号是缓变信号 C. 干扰的耦合通道 D. 干扰的接收回路 E. 信号是交流信号 7. 测量信号经过频率调制后，所得到调频波的( )是随( )而变化的。 A. 幅值 B. 频率 C. 信号幅值 D. 信号频率 8. 选用不同导体材料做热电极，会影响热热电偶温度传感器的( )。 A. 灵敏度 B. 精度 C. 测量范围 D. 稳定性

9. ( ) 传感器属于有源型传感器。 A. 压电式 B. 热电式 C. 电感式 D. 电容式 E. 电阻式 10. 热电动势的大小与( )有关。 A. 两电极的材料 B. 热端温度 C. 冷端温度 D. 电极的尺寸与形状 11. 为了抑制干扰，常用的隔离电路有( )。 A. 滤波电路 B. A／D转换器 C. 变压器 D. 光耦合器 E. 调谐电路 12. 压电传感器的测量电路有（），其中能排除电缆电容影响的是（）。 A. 电压放大器 B. 相敏整流电路 C. 电荷放大器 D. 交流电桥 E. RC滤波器 13. 抑制干扰的方法主要是（） A. 单点接地 B. 屏蔽 C. 隔离 D. 滤波 14. 压电式加速度传感器是( )传感器。 A. 发电型 B. 能量转换型 C. 参量型 D. 适宜测量静态信号的 E. 适宜测量动态信号的 15. 通常采用的压力敏感元件有（）。其中，（）常用在电容式、应变式及电感式压力传感器中。 A. 模片 B. 柱形弹性元件 C. 波登管 D. 波纹管 E. 梁形弹性元件 F. 环形弹性元件 16. 在测量系统中有哪些接地系统（） A. 安全地