半导体电阻型气敏传感器的优化及应用

3.1.1　半导体气敏传感器概述

微课　气体传感器认知

半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器，是最常见的气敏传感器，广泛应用于家庭和工厂的可燃气体泄漏检测装置，可用于一氧化碳、甲烷、液化气、氢气、乙醇等的检测。

按照半导体与气体的相互作用形式，半导体气敏传感器可分为表面控制型和体控制型两种；按照半导体变化的物理性质，半导体气敏传感器可分为电阻型和非电阻型两种。电阻型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，从而导致半导体的载流子数量改变，最终使其电阻值变化而制成的。非电阻型气敏传感器则是利用MOS管的阈值电压变化等特性而制成的气体传感器。

3.1.2　典型电阻型气敏传感器

1.TGS-813型传感器

TGS-813型传感器是一种低成本的可燃气体传感器，对甲烷、丙烷、丁烷、天然气、液化气的灵敏度都较高。

（1）引脚及电路结构。

TGS-813的外观结构及内部电路如图3-1（a）和图3-1（b）所示。

图3-1　TGS-813的外观及结构示意图

（a）外观；（b）内部电路

由图3-1可见，TGS-813的正面如同一个麦克风，网状区域为检测气体入口。TGS-813有6个引脚，其中引脚1（3）和引脚4（6）间为半导体气敏电阻，是传感器的感应部件，引脚2和引脚5间为加热器。使用时，需将引脚1和引脚3短接后与引脚2共同接电源电压，引脚4和引脚6短接后作信号输出，引脚5接地。

（2）工作原理。

TGS-813为较典型的半导体电阻型气敏传感器。其气敏电阻值随被测气体浓度的增加而减小。因化学反应依赖于环境温度和湿度，尤其温度的变化对传感器的影响较大。据查，TGS-813在标准实验条件下，测得的电阻比与气体浓度和温、湿度的关系如图3-2所示。(www.xing528.com)

图3-2　TGS-813的浓度与温、湿度特性

（a）敏度特性；（b）温/湿度的影响

2.MQ-3型气体传感器

（1）结构。

MQ-3气体传感器的引脚结构及内部电路与TGS-813基本相同，如图3-3（a）和图3-3（b）所示。

图3-3　MQ-3型气体传感器引脚结构及内部电路

（a）引脚结构；（b）电路结构

由图3-3可见，MQ-3型气体传感器也有6个管脚，其中A-A、B-B为传感器的敏感元件的2个极，用于信号取出；H-H为加热极，用于提供加热电流。

目前市场上的MQ-3型气体传感器，有单独的传感器件，也有相应的传感模块，如图3-4（a）和图3-4（b）所示。

图3-4　MQ-3型传感模块

（a）MQ-3气体传感器；（b）MQ-3气体传感模块

（2）特性。

MQ-3气体传感器是一款能抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰，而对酒精气体灵敏度较高，可检测多种浓度酒精成分的低成本气敏传感器件。因为MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2），当传感器所处环境中存在酒精蒸气时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。