1. 气敏传感器定义和分类 

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，主要有半导体传感器（电阻式和非电阻式）、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），还有红外吸收式、石英振荡式、光纤式、热传导式、声表面波式等多种类型，具体分类如下表6-1所示。

表6-1    气敏传感器的分类

其中用的最多的是半导体气敏传感器。半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质发生变化的原理来检测特定气体的成分或者浓度的传感器。   

半导体式气敏传感器可分为电阻式和非电阻式两大类。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。

2.半导体式气敏传感器的结构

半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。气敏电阻按被测对象可以分成氧化型气体传感器（检测氧气、氧化性气体浓度）和还原型气体传感器（检测煤气、甲烷、一氧化碳等气体），半导体气敏传感器按结构分类又分为烧结型、薄膜型和厚膜型三种，其中烧结型气敏传感器应用较广泛。

（1）烧结型气敏器件 

烧结型气敏器件是将金属氧化物（SnO2、ZnO等）和一些掺杂剂（Pt、Pb等）按一定比例调和后，埋入加热丝和测量电极，采用传统的制陶方法烧结而成。

烧结型气敏器件分为两种结构：直热式和旁热式。直热式气敏器件结构如图6-3所示。直热式器件管芯体积很小，加热丝直接埋在金属氧化物半导体材料内，并兼作一个电极，稳定性较差。工作时加热丝通电，测量电极用于测量器件阻值。国产QN型和日本费加罗TGS109型气敏传感器均属此类结构。 此种结构的特点是制造工艺简单、成本低、功耗小，热容量小，易受环境气流的影响，并且测量电路与加热电路之间相互干扰，影响其测量参数。

图6-3   直热式气敏器件结构

如图6-4所示旁热式气敏器件结构，把高阻加热丝放置在陶瓷绝缘管内，在管外涂上梳状金电极，再在金电极外涂上气敏半导体材料，这样就使加热丝和测量电极分开，解决了直热式加热丝和测量电极相互影响的问题。因此旁热式比直热式热容量大，且稳定性和可靠性均有所提高。

图6-4   旁热式气敏器件结构

烧结型气敏器件的气敏电阻工作时必须加热到200℃～300℃，这样做的目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并且烧去气敏电阻表面的污物，起到一定的清洁作用，不同的加热温度还可以达到区分不同的检测气体的作用。

（2）薄膜型气敏器件

薄膜型气敏器件结构如图6-5所示。制作时采用蒸发或溅射的方法，在处理好的石英基片上形成一薄层金属氧化物薄膜（如SnO2、ZnO等），再引出电极。实验证明：SnO2和ZnO薄膜的气敏特性较好。此类气器件灵敏度高、响应迅速、机械强度高、互换性好、产量高、成本低，应用广泛。 

图6-5  薄膜型气敏器件结构

（3）厚膜型气敏器件

将SnO2和ZnO等材料与硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，把厚膜胶用丝网印制到装有铂电极的氧化铝基片上，在高温下烧结制成如图6-6所示厚膜型气敏器件。此类气敏器件一致性好，机械强度高，适于大批量生产。

图6-6   厚膜型气敏器件结构

           实训6-1  气敏传感器的原理实验

1. 实验目的

（1）了解气敏传感器的基本结构。

（2）掌握气敏传感器的工作原理及其应用。

2. 实验所用单元

气敏传感器（如图6-7所示），位移台架，直流稳压电源，数字电压表，酒精棉花球（自备）。

3. 实验原理及电路

气敏元件及传感器种类很多，其测量对象有氧、氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、丁烷、甲烷、乙醇等，不同的测量对象有不同的原理。本实验采用的是适用于测量乙醇浓度的气敏传感器，实验电路如图6-8所示。

  气敏元件由微型陶瓷管、敏感层、测量电极和加热器构成，气敏元件固定在不锈钢制成的腔体内。它有6个针状管脚，其中4个并联成AB两端用于输出信号，另两个r管脚用于提供加热电流。

4. 实验步骤

（1）固定好位移台架，将气敏传感器置于位移台架上。

（2）按图6-8接线，并适当调节差动放大器的增益与零点。

（3）接通电源，预热5分钟，观察电压表数值（一般在0-1V左右）。

（4）将浸有酒精的棉花球放入气敏腔，观察电压表的读数。

5. 实训报告

简要叙述实验的现象，并解释现象产生的原因。

6. 实验连线图

实验连线图可以参考图6-9所示。

 一般生产生活中常用的是有害气体（CO、CH4）等泄露报警器，本任务中的测量电路没有报警功能，想一想要达到厂家生产有害气体泄露报警器要求，我们在后续还要增加那些电路？