氣敏傳感器的應用研究

吳曉嵐

（北京信息職業技術學院電子工程系）

近年來，氣敏傳感器在醫療、空氣凈化、家用燃氣、工業生產等領域得到了普遍應用，氣敏傳感器主要包括半導體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感和電化學氣敏傳感器等，其中用得最多的是半導體氣敏傳感器。氣敏傳感器最主要的作用是保障生產生活的安全，防止各種突發事件，可以檢測酒精氣體、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”，是一種檢測特定氣體的傳感器，它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電信號，獲得待測氣體在環境中的存在情況，從而可以進行檢測、監控、報警。

例如，在空氣中出現酒精氣體，酒精氣體吸附在半導體表面，導致傳感器電學特性發生變化，例如，電阻值發生變化，因此，利用半導體材料與氣體相接觸時，材料電阻發生變化的效應來檢測氣體的成分或濃度。

二、氣敏傳感器的內部結構

由于氣體種類繁多,性質各不相同，因此，能實現氣—電轉換的傳感器種類很多，但它們結構大致相同，由金屬引腳、塑料底座、燒結體即氣敏元件、不銹鋼防爆網、加熱電極、工作電極構成，氣敏傳感器結構和電路圖符號如圖1 所示，1.引腳2.塑料底座3.燒結體4.不銹鋼防爆網5.加熱電極6.加熱電極。

圖1 氣敏傳感器結構和電路圖符號

三、基本測試電路和檢測電路模型

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

圖2 氣敏傳感器基本測試電路

典型的檢測電路模型包括信號獲取電路、信號驅動電路、報警電路，報警電路可以產生脈沖信號，去驅動蜂鳴器或者喇叭，產生聲音報警，也可以驅動放光二極管，產生光報警，提示空氣中出現被檢測氣體。

圖3 氣敏傳感器檢測電路模型

四、氣敏傳感器應用

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

［1］金發慶.傳感器技術與應用［M］.機械工業出版社，2012.

［2］孫建民，楊清梅.傳感器技術［M］.清華大學出版社，2005.