簡述氣敏電阻定義及原理

什么是氣敏電阻?

在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中，人們往往會接觸到各種各樣的氣體，需要對它們進行檢測和控制。比如化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測與控制;環(huán)境污染情況的監(jiān)測;煤氣泄漏;火災(zāi)報警;燃燒情況的檢測與控制等等。今天，我們就來了解下這些進行檢測和控制都是來自什么電阻器的吧。

氣敏電阻的簡介

氣敏電阻器(gassensiTIveresistor)——型號MQ，氣敏電阻器是一種對特殊氣體敏感的元件，它可以將被測氣體的濃度和成分信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，廣泛應(yīng)用于各種可燃氣體、有害氣體及煙霧等方面的檢測及自動控制。它是可以把某種氣體的成分，濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換成電流，電壓信號的電阻，實際上可以說是氣敏傳感器。利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)制成，主要成分是金屬氧化物。

氣敏電阻的原理

氣敏電阻是一種半導(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機理來進行檢測的。金屬氧化物在常溫下是絕緣體，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性，其機理是比較復(fù)雜的。但是，這種氣敏元件接觸氣體時，由于表面吸附氣體，致使它的電阻率發(fā)生明顯的變化卻是肯定的。這種對氣體的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。在常溫下主要是物理吸附，是氣體與氣敏材料表面上分子的吸附，它們之間沒有電子交換，不形成化學(xué)鍵。若氣敏電阻溫度升高，化學(xué)吸附增加，在某一溫度時達到最大值�；瘜W(xué)吸附是氣體與氣敏材料表面建立離子吸附，它們之間有電子的交換，存在化學(xué)鍵力。若氣敏電阻的溫度再升高，由于解吸作用，兩種吸附同時減小。例如，用氧化錫(SnO2)制成的氣敏電阻，在常溫下吸附某種氣體后，其電阻率變化不大，表明此時是物理吸附。若保持這種氣體濃度不變，該元件的電導(dǎo)率隨元件本身溫度的升高而增加，尤其在100~300℃范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大，表明此溫度范圍內(nèi)化學(xué)吸附作用大。

氣敏元件工作時需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多。為此，氣敏元件在結(jié)構(gòu)上要有加熱器，通常用電阻絲加熱。

氣敏電阻的材料

氣敏電阻是金屬氧化物，制作上通過化學(xué)計量比的偏離的雜質(zhì)缺陷制成的。金屬氧化物半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體(如SnO2，F(xiàn)e2O3等)和P型半導(dǎo)體(如COO，PbO)等。為了提高某種氣敏電阻對某些氣體成分的選擇性和靈敏度，合成這些材料時，還摻入催化劑，如鈀Pd，鉑Pt等。

氣敏電阻的分類

氣敏電阻根據(jù)加熱的方式可分為直熱式和旁熱式兩種。

直熱式加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi);直熱式它消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。

旁熱式以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)�結(jié)而成。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此安全可靠，其應(yīng)用面較廣。

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(dǎo)體而工作的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的狀態(tài)。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(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度增加，因此電導(dǎo)率增加。而對于P型半導(dǎo)體來說，它的晶格是陽離子缺位狀態(tài)，當遇到可燃性氣體時其電導(dǎo)率則減小。

SnO2在室溫下雖能吸附氣體，但其電導(dǎo)率變化不大。但當溫度增加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化，因此氣敏元件在使用時需要加溫。此外，在氣敏元件的材料中加入微量的鉛、鉑、金、銀等元素以及一些金屬鹽類催化劑可以獲得低溫時的靈敏度，也可增強對氣體種類的選擇性。