在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活中，人們往往會(huì)接觸到各種各樣的氣體，需要對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)和控制。比如化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測(cè)與控制;環(huán)境污染情況的監(jiān)測(cè);煤氣泄漏;火災(zāi)報(bào)警;燃燒情況的檢測(cè)與控制等等。今天，我們就來了解下這些進(jìn)行檢測(cè)和控制都是來自什么電阻器的吧。
氣敏電阻的簡(jiǎn)介
氣敏電阻器(gassensiTIveresistor)——型號(hào)MQ，氣敏電阻器是一種對(duì)特殊氣體敏感的元件，它可以將被測(cè)氣體的濃度和成分信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各種可燃?xì)怏w、有害氣體及煙霧等方面的檢測(cè)及自動(dòng)控制。它是可以把某種氣體的成分，濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻變化量，再轉(zhuǎn)換成電流，電壓信號(hào)的電阻，實(shí)際上可以說是氣敏傳感器。利用某些半導(dǎo)體吸收某種氣體后發(fā)生氧化還原反應(yīng)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(dǎo)體敏感器件，它是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機(jī)理來進(jìn)行檢測(cè)的。金屬氧化物在常溫下是絕緣體，制成半導(dǎo)體后卻顯示氣敏特性，其機(jī)理是比較復(fù)雜的。但是，這種氣敏元件接觸氣體時(shí)，由于表面吸附氣體，致使它的電阻率發(fā)生明顯的變化卻是肯定的。這種對(duì)氣體的吸附可分為物理吸附和化學(xué)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(xué)鍵。若氣敏電阻溫度升高，化學(xué)吸附增加，在某一溫度時(shí)達(dá)到最大值�；瘜W(xué)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(xué)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(shí)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(shí)是物理吸附。若保持這種氣體濃度不變，該元件的電導(dǎo)率隨元件本身溫度的升高而增加，尤其在100~300℃范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化很大，表明此溫度范圍內(nèi)化學(xué)吸附作用大。
氣敏元件工作時(shí)需要本身的溫度比環(huán)境溫度高很多。為此，氣敏元件在結(jié)構(gòu)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(xué)計(jì)量比的偏離的雜質(zhì)缺陷制成的。金屬氧化物半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體(如SnO2，F(xiàn)e2O3等)和P型半導(dǎo)體(如COO，PbO)等。為了提高某種氣敏電阻對(duì)某些氣體成分的選擇性和靈敏度，合成這些材料時(shí)，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(jù)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(cè)量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi);直熱式它消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。
旁熱式以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個(gè)測(cè)量極，測(cè)量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，其結(jié)構(gòu)上往往加有封壓雙層的不銹鋼絲網(wǎng)防爆，因此安全可靠，其應(yīng)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(dǎo)體而工作的。在正常情況下，是處于氧離子缺位的狀態(tài)。當(dāng)遇到離解能較小且易于失去電子的可燃性氣體分子時(shí)，電子從氣體分子向半導(dǎo)體遷移，半導(dǎo)體的載流子濃度增加，因此電導(dǎo)率增加。而對(duì)于P型半導(dǎo)體來說，它的晶格是陽離子缺位狀態(tài)，當(dāng)遇到可燃性氣體時(shí)其電導(dǎo)率則減小。
SnO2在室溫下雖能吸附氣體，但其電導(dǎo)率變化不大。但當(dāng)溫度增加后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大的變化，因此氣敏元件在使用時(shí)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(shí)的靈敏度，也可增強(qiáng)對(duì)氣體種類的選擇性。