簡述氣敏電阻定義及原理

什么是氣敏電阻?

在現代社會的生產和生活中，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。比如化工生產中氣體成分的檢測與控制;環境污染情況的監測;煤氣泄漏;火災報警;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變為相應的電信號，廣泛應用于各種可燃氣體、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，濃度等參數轉換成電阻變化量，再轉換成電流，電壓信號的電阻，實際上可以說是氣敏傳感器。利用某些半導體吸收某種氣體后發生氧化還原反應制成，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體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導體本身的電導率發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，制成半導體后卻顯示氣敏特性，其機理是比較復雜的。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，不形成化學鍵。若氣敏電阻溫度升高，化學吸附增加，在某一溫度時達到最大值�；瘜W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，該元件的電導率隨元件本身溫度的升高而增加，尤其在100~300℃范圍內電導率變化很大，表明此溫度范圍內化學吸附作用大。

氣敏元件工作時需要本身的溫度比環境溫度高很多。為此，氣敏元件在結構上要有加熱器，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，制作上通過化學計量比的偏離的雜質缺陷制成的。金屬氧化物半導體分為N型半導體(如SnO2，Fe2O3等)和P型半導體(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在金屬氧化物半導體管芯內;直熱式它消耗功率大，穩定性較差，故應用逐漸減少。

旁熱式以陶瓷管為基底，管內穿加熱絲，管外側有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經高溫燒結而成。旁熱式性能穩定，消耗功率小，其結構上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網防爆，因此安全可靠，其應用面較廣。

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

SnO2在室溫下雖能吸附氣體，但其電導率變化不大。但當溫度增加后，電導率就發生較大的變化，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。