气敏电阻传感器

气敏电阻传感器简称为气敏电阻，又称为气敏元件，也有人称为“电子鼻”，其“嗅觉”本领大大超过某些动物。空气中只要含有百万分之一的氢气，或者十万分之一冰箱用的氟利昂，它都能识别出来。它的阻值随被检测气体的浓度（成分）而变化，能将被测气体的浓度（成分）信号转变成相应的电信号。

1.1　气敏效应原理

气敏电阻传感器是由某种气体敏感的半导体材料做成。这些材料的颗粒极细，微孔很多，像海绵一样，有成千上万的“鼻孔”，能吸附气体。当气体分子被这些材料的颗粒表面吸附时，它的导电能力迅速发生变化，通过电子线路便可作出指示或报警。气体消失后，电阻迅速复原，即可再次使用。

1.2　气敏电阻传感器的类型

气敏电阻传感器对可燃气体进行检测、检漏、监控时，具有灵敏度高、稳定性好和电阻变化大等优点。气敏电阻传感器分为N型、P型和结型3种。结型不太常见，下面主要介绍前两种。

（1）N型气敏电阻传感器

N型气敏电阻传感器采用氧化铟、氧化锌、氧化锡等材料制成。当其检测到甲烷、一氧化碳、煤气、液化石油气、乙炔、氢气等气体时，其电阻减小。

（2）P型气敏电阻传感器

P型气敏电阻传感器采用氧化镍、三氧化铬等材料制成。当其检测到可燃气体时，其电阻值将增大，而在检测到氧气、氮气及二氧化氮等气体时，其电阻值将减小。

1.3　气敏电阻传感器的结构特点

气敏电阻传感器的种类繁多，无论何种用途的气敏电阻传感器，其外形及引脚大多是一样的，如图6.2（a）、（b）所示，电路图形符号如图6.2（c）所示，在电路中用符号R或RG、RQ表示。

封装好的气敏电阻传感器的管脚分布是左右对称的，共有6只针状管脚，其中4个引脚用于测量，2个引脚用于提供加热电流，加热灯丝为气敏元件提供了必要的工作条件。A、B为测量引脚，f为加热灯丝。左边和右边的中间引脚是灯丝，左边剩下的上、下两个引脚作为测量引脚A，右边剩下的上、下两个引脚作为测量引脚B。在使用时，左边两个测量引脚A-A短路构成测量极的一端，右边两个测量脚B-B短路构成测量极的另一端。而灯丝一般接直流5V。

图6.2　电气敏电阻传感器外形、管脚分布及电路图形符号

常见气敏传感器的管芯通常采用烧结型。国产气敏传感器元件有直热式和旁热式两种。

（1）直热式气敏电阻传感器

国产直热式气敏电阻传感器的结构如图6.3所示。敏感元件的材料多为SnO2，敏感元件是悬挂于中央的陶瓷材料（SnO2）气敏电阻，树脂模压的底座上有六根引线（贵重金属），两根是加热器电源引线，其余两根为测量电阻引线，外罩不锈钢丝网。其工作原理是：它是将加热丝f-f与测量极导线A-B（也绕成丝状）一同烧结在管芯内，加热丝f-f直接对氧化物（SnO2）敏感元件加热，测量引脚A、B的电阻会发生变化。

图6.3　直热式气敏电阻传感器的结构

1—加热器；2—电极（铂丝）；3—氧化物半导体（敏感元件SnO2）；4—玻璃

（2）旁热式气敏电阻传感器

国产旁热式气敏电阻传感器的结构如图6.4所示，旁热式气敏电阻传感器是一个表面烧结有二氧化锡厚膜气体敏感层的薄膜陶瓷管，敏感层两端设有一对金电极，分别用头发粗铂铱合金丝引出后焊接在管座引脚上，在薄膜陶瓷管内装有一根绕成螺旋形的镍铬合金电阻丝作为加热器，电阻值为30～40Ω。

当传感器工作时，电阻丝发热，将薄膜陶瓷管上的二氧化锡敏感层加热至200～400℃，这时氧化锡气敏电阻值较小，并能够提高传感器的响应速度。由于薄陶瓷管热容量大，从而减小了环境温度变化及气流流动对传感器工作的影响。旁热式二氧化锡气敏传感器用于检测氢气、一氧化碳、甲烷、异丁烷、乙醇等可燃气体。

图6.4　旁热式气敏器件结构

1.4　常用气敏电阻传感器的介绍

常用气敏电阻传感器的型号及适用气体见表6-4所示。

表6-4　常用气敏电阻传感器的型号及适用气体

MQ-2（气敏传感器）简介：

MQ-2气敏电阻传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该气敏传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

产品特点：1）广泛的探测范围（适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测）；2）高灵敏度；3）快速响应恢复（≤30s）；4）合理的工作环境（环境温度：−20℃～+55℃）；5）寿命长（90%的产品几十年不需要更换探测头）。

应用范围：本产品可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

产品结构图：如图6.5所示。

图6.5　MQ-2气敏传感器的外形尺寸