1.概述

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用得最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测。

部分气敏传感器的外形图如图3-12～图3-17所示。

图3-12 气体传感器

图3-13 烟雾传感器

图3-14 一氧化碳传感器

图3-15 NH3传感器

图3-16 矿用本质安全传感器

图3-17 热传导式气敏传感器

2.气敏传感器的工作原理

声表面波器件的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和电导率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和电导率变化程度也不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确获得反映气体浓度的变化值。

3.半导体气敏传感器的特征参数

（1）气敏元件的电阻值

将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件（电阻型）的固有电阻值，表示为R_a。其固有电阻值一般为10³～10⁵Ω。

测定固有电阻值R_a时，要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也会出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。

（2）气敏元件的灵敏度

灵敏度是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。

1）电阻比灵敏度(www.daowen.com)

式中，R_a为气敏元件在洁净空气中的电阻值；R_g为气敏元件在规定浓度的被测气体中的电阻值。

2）气体分离度

式中，为气敏元件在浓度为C₁的被测气体中的阻值；为气敏元件在浓度为C₂的被测气体中的阻值。通常，C₁＞C₂。

3）输出电压比灵敏度

式中，V_a为气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出；V_g为气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出。

（3）气敏元件的分辨率

分辨率表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。

气敏元件分辨率为

式中，V_a为气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；V_g为气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压；V_gi为气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压。

（4）气敏元件的响应时间

表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63%时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号t_r表示。

（5）气敏元件的加热电阻和加热功率

气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻（指加热器的电阻值）称为加热电阻，用R_H表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用PH表示。一般在（0.5～2.0）W范围。

（6）气敏元件的恢复时间

表示在工作温度下，被测气体由该元件上解吸的速度，一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时，直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63%时所需时间。

4.气敏传感器的分类

半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型，前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变，后者半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化而使电导率变化。按照半导体变化的物理特性，又可分为电阻型和非电阻型，电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检测气体的成分或浓度。非电阻型半导体式气敏元件则是根据气体的吸附和反应，使其某些有关特性发生改变，而对气体进行直接或间接的检测，如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体的。

5.气敏传感器的应用

气敏传感器的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。由于气体种类繁多，性质各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体。因此能实现气-电转换的传感器种类很多，按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。目前实际使用最多的是半导体气敏传感器。