半导体燃气传感器全面解读:原理、类型与应用场景

2024-04-03 07:28

本文主要是介绍半导体燃气传感器全面解读:原理、类型与应用场景,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

半导体燃气传感器是一种专门设计用于检测特定燃气(如甲烷、天然气、液化石油气、氢气等)浓度的传感器,它是利用半导体材料的物理和化学性质变化对气体进行探测的器件。这类传感器的核心部件是一个由金属氧化物或金属半导体氧化物构成的敏感元件。

半导体燃气传感器1.png

半导体燃气传感器特点参数

  • 高灵敏度

  •  性能稳定

  •  响应、恢复时间快 

  • 抗震性能好 

  • 较强的抗干扰能力

半导体燃气传感器参数.png

半导体燃气传感器的工作原理

  1. 当燃气接触到半导体材料表面时,会发生吸附和反应过程,导致半导体材料内部的载流子数量发生变化。

  2. 这种变化反映在材料的电导率、伏安特性或者表面电位的变化上。

  3. 根据半导体材料与气体相互作用的程度,其电阻值会发生相应变化,通常表现为电阻降低(对于某些还原性气体)或增加(对于某些氧化性气体)。

  4. 通过检测这个电阻变化,可以间接测量出环境中燃气的浓度。

半导体燃气传感器因其响应速度快、成本相对较低、结构简单且易于小型化等特点,被广泛应用在家用燃气报警器、工业安全监控系统、环保监测设备等各种场合,对于防止燃气泄漏引发的安全事故具有重要意义。(本文素材来源:https://www.dhscg.cn/list_20/298.html)

半导体燃气传感器的作用

#半导体燃气传感器#的核心作用在于提供一种高效、灵敏、可靠的气体检测手段。在工业生产中,它能及时发现潜在的燃气泄漏,预防火灾爆炸等安全事故;在家庭生活里,它被广泛应用于燃气热水器、煤气灶等家用设备上,保障人们的生命财产安全。此外,其在环保监测、汽车尾气排放控制、空气质量监控等领域也有重要应用,是确保公共安全、环保和健康的重要技术支撑。

半导体燃气传感器的外观结构尺寸与电路图

半导体燃气传感器外观结构尺寸和电路图.png

半导体燃气传感器外观结构尺寸和电路图

半导体燃气传感器的基本类型

根据不同的工作原理和结构设计,半导体燃气传感器主要有以下几种基本类型:

表面控制型:

  • 工作原理基于气体分子吸附在半导体表面,改变表面的自由电子浓度,从而影响半导体的电导率。这种类型的传感器对气体的灵敏度依赖于气体分子与半导体表面的相互作用。

体控制型:

  • 这类传感器的响应取决于气体与半导体材料发生反应时,整个体材料内部的物理性质变化,例如气体扩散进入半导体晶格中引起的电导率变化。

电阻式半导体传感器:

  • 最常见的形式之一,使用金属氧化物半导体(如SnO₂、ZnO等),在暴露于目标气体时,其电阻会发生显著变化,这种变化与气体浓度成一定关系。

非电阻式半导体气体传感器:

  • 虽然不如电阻式传感器常见,但它们是基于除电阻变化以外的其他物理效应,比如热释电效应、光导效应或表面电位变化来检测气体的存在和浓度。

催化燃烧型传感器:

  • 尽管名字不直接包含“半导体”,但它也属于广义上的半导体传感器范畴,因为它利用了催化材料对可燃气体的氧化反应,并通过检测该反应产生的热量来判断气体浓度。此类传感器中的催化层通常含有铂等贵金属作为催化剂,能加速气体的氧化反应,反应过程中释放的热量会改变附着在催化层上的热敏元件的性能。

每种类型的半导体燃气传感器都有其独特的应用领域和优缺点,在实际应用中选择合适的传感器类型至关重要。

半导体燃气传感器的应用场景

半导体燃气传感器因其高灵敏度、响应快、体积小、成本低等特点,在众多领域有着广泛的应用

  1. 家用电器:燃气热水器、燃气灶具、壁挂炉等燃气设备的安全监控系统。

  2. 工业安全:化工厂、石油天然气开采、矿井作业等场所的可燃气体泄漏检测系统。

  3. 环境监测:城市大气质量监测站、室内空气质量监测仪等环保设备。

  4. 汽车电子:车载燃油泄漏报警器、汽车尾气排放控制系统等。

  5. 其他领域:科研实验室、食品保鲜、农业温室气体监测等特殊用途。

  6. 民用燃气泄露检测仪和报警器

  7. 便携式燃气气体检测仪

@半导体燃气传感器作为科技时代下守护安全的一道坚实防线,其卓越性能和广泛应用无疑为社会进步带来了深远的影响。

使用半导体燃气传感器的注意事项

*禁止施加高电压。如果给施加的电压高于规定值,会引起传感器损坏,并引起传感器敏感 性下降。 

*禁止暴露于可挥发性硅化合物蒸汽中。避免暴露于硅粘接剂、发胶、硅橡胶、腻子或其它 存在可挥发性硅化合物的场所。如果传感器的表面吸附了硅化合物蒸汽,传感器的敏感材料 会被硅化合物分解形成的二氧化硅包裹,抑制传感器的敏感性,并且不可恢复。

*禁止接触高腐蚀性的环境。如果传感器暴露在高浓度的腐蚀性气体(如H2 S,SOX ,Cl2 ,HCl 等)中,不仅会引起加热材料及传感器引线的腐蚀或破坏,并会引起敏感材料性能发生不可 逆的劣变。

*禁止受到碱、碱金属盐、卤素的污染。如果被碱金属尤其是盐水喷雾污染后,或暴露在卤 素如氟利昂中,也会引起性能劣变。 

*禁止接触到水或气体液体。溅上水或浸到水中会使敏感材料脱落,导致传感器性能变化或失效。 

*禁止结冰。水在传感器敏感材料表面结冰会导致敏感层碎裂而丧失敏感特性。

*禁止将电压加错管脚(仅限于旁热式系列)。对6脚型的传感器,2、5为加 热电极,(1、3)/(4、6)为测试用电极,1和3导通,4和6导通。如果电 压加在1、3或4、6管脚会导致引线烧断,加在2、4管脚上则取不到信号。 

传感器引线示意图.png

*避免凝结水。在室内使用条件下,轻微凝结水对传感器性能会产生轻微影响。 但是,如果水凝结在敏感层表面并保持一段时间,传感器特性则会下降。

*避免处于高浓度气体中。无论传感器是否通电,在高浓度气体中长期放置,均会影响传感 器特性。如用打火机气直接喷向传感器,会对传感器造成极大损害。 

*避免长期贮存。传感器在不通电情况下长时间贮存,其电阻会产生可逆性漂移,这种漂移 与贮存环境有关。传感器应贮存在不含可挥发性硅化合物的密封袋中。经长期贮存的传感器, 在使用前需要更长时间通电以使其达到稳定。

贮存时间及对应的老化时间建议:

半导体燃气传感器储存时间.png

*避免长期暴露在极端环境中。无论传感器是否通电,长时间暴露在极端条件下,如高湿、 高温或高污染等极端条件,传感器性能将受到严重影响。 

*避免振动传感器。频繁、过度振动会导致传感器内部引线产生共振而断裂。在运输途中及 组装线上使用气动改锥/超声波焊接机会产生此类振动。 

*避免受到冲击。如果传感器受到强烈冲击或跌落会导致其引线断裂。 

*使用条件: 手工焊接为最理想的焊接方式,建议焊接条件如下:

半导体燃气传感器焊接方式.png

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