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。

氣敏電阻原理及作用

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，如圖3-1所示，（ZnO）材料氣敏元件輸出電壓與溫度的關(guān)系曲線如圖3-2示。

氣敏電阻電路符號(hào)

下圖為氣敏電阻在電路中的圖形符號(hào)，氣敏電阻傳感器的實(shí)物、符號(hào)

氣敏電阻傳感器種類很多，但外形和結(jié)構(gòu)基本一樣，見表

氣敏電阻結(jié)構(gòu)

氣敏電阻的結(jié)構(gòu)示意圖見下圖。

從圖中能夠可以看出，氣敏器件主要由防爆網(wǎng)、管座、電極、封裝玻璃、加熱絲和氧化物等幾部分組成。

氣敏電阻參數(shù)

靈敏度-溫度特性

下圖是氣敏電阻的靈敏度-溫度特性。從曲線可以看出，在室溫下電導(dǎo)率變化不大，當(dāng)溫度升高后，電導(dǎo)率就發(fā)生較大變化，因此氣敏電阻在使用時(shí)需要加溫。

阻值-氣體濃度特性

下圖是氣敏電阻阻值-氣體濃度特性曲線。從圖中可以看出，氣敏電阻對(duì)乙醚、乙醇、氫以及正乙烷等具有較高靈敏度。

加熱功率

加熱電壓與加熱電流的乘積。

工作電壓

工作條件下，氣敏電阻兩極間的電壓。

靈敏度

氣敏電阻在最佳工作條件下，接觸氣體后其電阻值隨氣體濃度變化的特性。如果采用電壓測(cè)量法，其值等于接觸某種氣體前后負(fù)載電阻上電壓降之比。

響應(yīng)時(shí)間

在最佳工作條件下，接觸待測(cè)氣體后，負(fù)載電阻的電壓變化到規(guī)定值所需的時(shí)間。

恢復(fù)時(shí)間

在最佳工作條件下，脫離被測(cè)氣體后，負(fù)載電阻上電壓恢復(fù)到規(guī)定值所需要的時(shí)間。

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。

氣敏電阻電路（一）

下圖所示是氣敏電阻構(gòu)成的火災(zāi)報(bào)警器電路。整個(gè)電路由3部分組成：煙霧檢測(cè)電路、電子開關(guān)電路和高響度報(bào)警器。

開關(guān)集成電路A1

A1總共有5個(gè)引腳。1腳接電源正極，2腳和3腳是合并的，是內(nèi)電路中的“電子開關(guān)”輸出引腳。4腳是接地引腳。5腳是內(nèi)電路“電子開關(guān)”的控制引腳，閾值電壓為

1.6V，當(dāng)5腳電流小于30微安時(shí)，內(nèi)電路中的“電子開關(guān)”斷開，當(dāng)5腳電流大于30微安時(shí)，內(nèi)電路中的“電子開關(guān)”接通。

煙霧檢測(cè)電路

當(dāng)電源S1接通后，電路處于自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警的工作狀態(tài)。

煙霧檢測(cè)電路由氣敏電阻R3和電阻R1、R2組成。氣敏電阻在未檢測(cè)到煙霧時(shí)，其A、B兩端之間的電阻很大，這樣加到VT1基級(jí)的直流電壓很低，VT1處于截止?fàn)顟B(tài)，電路處于待警狀態(tài)。

當(dāng)煙霧到一定濃度時(shí)，R3的A、B兩端電阻下降，這是直流電壓通過R1、R3的A和B端內(nèi)阻，R4、RP1加到VT1基級(jí)，VT1基級(jí)直流電壓升高，VT1飽和導(dǎo)通，VT1發(fā)射極輸出的直流電壓通過R5、R6分壓后加到A1的5腳，使A1的5腳為高電平時(shí)，A1內(nèi)電路的“電子開關(guān)”接通，即A1的1、2腳之間接通，這樣直流工作電壓經(jīng)閉合的S1、A1的1、2腳，加到高響度報(bào)警器上，報(bào)警器發(fā)聲。

檢測(cè)靈敏度調(diào)整電路

電路中的RP1為檢測(cè)靈敏度調(diào)整電位器，當(dāng)RP1動(dòng)片向上調(diào)節(jié)時(shí)，靈敏度提高，只要有小的煙霧，即氣敏電阻R3的A、B兩端之間的電阻減小量較小時(shí)，VT1便能導(dǎo)通，使電路報(bào)警；反之，RP1動(dòng)片向下調(diào)節(jié)時(shí)，靈敏度下降。

氣敏電阻電路（二）

室內(nèi)空氣清新器的電路如圖所示。它分為兩部分：由Ql氣敏元件QM-N5、三極管VTl等元件構(gòu)成的空氣檢測(cè)控制電路和以IC3集成運(yùn)放TWH8751、升壓變壓器Tl等元件構(gòu)成的負(fù)氧離子發(fā)生電路。當(dāng)室內(nèi)的有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，氣敏元件Ql④、⑥腳的電位升高，三極管VTl飽和導(dǎo)通，使IC3、R4、C3組成的振蕩器起振，在升壓變壓器Tl的次級(jí)便可得到約5kV的高壓。用針尖狀材料做成的放電端采用開放式，這樣可提高負(fù)氧離子的濃度，減小臭氧濃度。室內(nèi)空氣正常時(shí)，氣敏元件Ql的④、⑥腳電位很低，三極管VTl截止，集成運(yùn)放IC3的②腳為高電位，振蕩器不工作，沒有負(fù)氧離子產(chǎn)生。電路中Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，用來補(bǔ)償氣敏元件Ql由于溫度變化引起的誤差。電位器RP用來調(diào)節(jié)氣敏元件Ql檢測(cè)有害氣體的靈敏度。

氣敏電阻電路（三）：沼氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器（CD4069）

沼氣泄漏檢測(cè)報(bào)警器電路如圖所示。CD4069為六反相器集成電路。QM-10N為氣敏檢測(cè)傳感器件，喟于檢測(cè)氣體有無泄漏。電阻R2、電容Cl及穩(wěn)壓管DW組成簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路，為氣敏傳感器提供穩(wěn)定的6V工作電壓。非門F5、F6與電阻R5及電容C3共同組成音頻振蕩器，控制開關(guān)三極管的通斷，從而驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片HTD發(fā)聲。