单晓瑀 教传艳* 沈阳工学院机械与运载学院

在上世纪30年代，德国科学家H.H.Banmbach等人在合成Cu2O时，首次发现了它对O2有极强的吸附作用。其后，D.J.M.Beran、H.F.ritzede等人发现了H2、CO等还原性气体与ZnO接触后，引起电导率增大。六十年代初，随着煤气、液化石油气、天然气等产业的发展，同时也带来了因气体泄漏而引起的中毒、爆炸、火灾等安全问题。因此，才逐步引起人们对气体传感器的重视，并促进了对气体有敏感反应的气敏材料及传感器的研究。

气体传感器是化学传感器的一大门类，可按照工作原理、材料、制造工艺、检测对象和应用领域构成独立的分类标准。在过去几十年中，半导体式气敏传感器的结构经历了不断的发展，从陶瓷烧结型、厚膜型发展到薄膜型、阵列式、硅基微结构型，其主流发展趋势是向小型化、集成化、多功能化、低功耗、高灵敏度、高选择性、高稳定性的方向发展。

1 气体传感器的结构

从制作工艺来看，电阻式半导体气敏传感器结构可以分为三种类型：烧结型、厚膜型和薄膜型；按加热方式又可分为直热式和旁热式。

直热式元件的主要特点是加热器与气敏材料直接接触，它将起电极和加热作用的Ir-Pd合金线圈埋入气敏氧化物材料中经烧结而成。 旁热式则使用绝缘陶瓷管，将加热线圈插入绝缘陶瓷管内，而在其表面分别涂上电极和气体敏感材料，这样加热器与气敏材料不再直接接触。

2 气体传感器的工作原理

传感器的测试方式以工作模式的不同而有所区别，大体上可分为直流测量法和交流测量法。RL为负载电阻。当元件的电阻变化时，可通过负载电阻上电压的变化来换算。

式（2-3）中，R0为元件在空气中的电阻，Rc为元件在被测气体浓度为C的气体中的电阻。V0为元件在空气中，负载电阻RL取一固定值时RL两端的电压输出值，Vc为元件在被测气体浓度为C的气体中RL两端的电压输出值。

典型半导体式气体传感器的响应恢复特性曲线，一般的，气体传感器的恢复时间要长于响应时间。

典型半导体式气体传感器的灵敏度特性曲线，一般的，半导体式气体传感器的电阻与气体浓度是非线性关系，近似于双对数线性关系。

3 气体传感器的应用

图3-1 气体鉴别、报警与控制电路

气体传感器一方面可鉴别实验中有无有害气体产生，鉴别液体是否有挥发性，另一方面可自动控制排风扇排气，使室内空气清新。如图3-1所示，MQS2B是旁热式烟雾、有害气体传感器，无有害气体时阻值较高(10kΩ左右)，有有害气体或烟雾进入时阻值急剧下降，A、B两端电压下降，使得B的电压升高，经电阻R1和RP分压、R2限流加到开关集成电路TWH8778的选通端脚，当脚电压达到预定值时(调节可调电阻RP可改变5脚的电压预定值)，1、2两脚导通。+12V电压加到继电器上使其通电，触点J1-1吸合，合上排风扇电源开关自动排风。同时2脚+12V电压经R4限流和稳压二极管VZ1稳压后供给微音器HTD电压而发出滴滴声，而且发光二极管发出红光，实现声光报警的功能。

4 结论

本文通过从结构、工作原理及应用三方面具体介绍了什么是气体传感器以及它的作用和在人们生活中的必要性。气体传感器可广泛应用于日常生活中的报警装置及环保节能等领域，因为有了它存在，可以使人们的生活变得更加便捷更加安全。

[1]Yoshihiko Nakatani.Ceramic Gas Sensor For City Gas.National Technical Report,1979,25(5)：1033-1041.

[2]吴建平.传感器原理及应用[M].2版.北京：机械工业出版社,2012.