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气体传感器原理与应用知识(4)

时间:2013-01-15 22:57来源:传感器门户网 作者:传感器 点击:
(1)高分子电阻式气体传感器 该类传感器是通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体的体积分数,目前的材料主要有欧菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其

(1)高分子电阻式气体传感器 
       该类传感器是通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体的体积分数,目前的材料主要有欧菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要优点是制作工艺简单、成本低廉。但这种气体传感器要通过电聚合过程来激活,这既耗费时间,又会引起各批次产品之间的性能差异。 
(2)浓差电池式气体传感器 
      浓差电池式气体传感器的工作原理是:气敏材料吸收气体时形成浓差电池,测量输出的电动势就可测量气体体积分数,目前主要有聚乙烯醇-磷酸等 材料。 
(3)面波(SAW)式气体传感器
      SAW气体传感器制作在压电材料的衬底上,一端的表面为输入传感器,另一端为输出传感器。两者之间的区域淀积了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了传感器的质量,使得声波在材料表面上的传播速度或频率发生变化,通过测量声波的速度或频率来测量气体体积分数。主要气敏材料有聚异丁烯、氟聚多元醇等,用来测量苯乙烯和甲苯等有机蒸汽。其优势在于选择性高、灵敏度高、在很宽的温度范围内稳定、对湿度响应低和良好的可重复性。SAW传感器输出为准数字信号,因此可简便地与微处理器接口。此外,SAW传感器采用半导体平面工艺,易于将敏感器与相配的电子器件结合在一起,实现微型化、集成化,从而降低测量成本。 
(4)振子式气体传感器 
       石英振子微秤(QCM)由直径为数微米的石英振动盘和制作在盘两边的电极构成。当振荡信号加在器件上时,器件会在它的特征频率。~30MHz)发生共振。振动盘上淀积了有机聚合物,聚合物吸附气体后,使器件质量增加,从而引起石英振子的共振频率降低,通过测定共振频率的变化来识别气体。 
       高分子气体传感器,对特定气体分子的灵敏度高、选择性好,结构简单,可在常温下使用,补充其他气体传感器的不足,发展前景良好。

3、加工技术 
       在传感器技术里,气敏元件的制造工艺很多,但针对气体传感器的特性、材料,主要采用微电子机械技术(MEMT)。 微电子机械技术是以微电子技术和微加工技术为基础的一种新技术,分为体微机械技术、表面微机械技术和X射线深层光刻电铸成型(LIGA)技术。体微机械技术加工对象以体硅单晶为主,加工厚度几十至数百微米,关键技术是腐蚀技术和键合技术,优点是设备和工艺简单,但可靠性差;表面微机械技术利用半导体工艺,如氧化、扩散、光刻、薄膜沉积、牺牲层和剥离等专门技术进行加工,厚度为几微米,优点是与IC工艺兼容性好,但纵向尺寸小,无法满足高深宽比的要求,受高温的影响较大;LIGA技术采用传统的X射线包光,厚光刻胶作掩膜,电铸成型工艺,加工厚度达到数微米至数十微米,可实现重复精度很高的大批量生产。 
       微电子机械技术是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。

4、发展方向 
      近年来,由于在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高,因此对气体传感器的研究和开发也越来越重要。随着先进科学技术的应用,气体传感器发展的趋势是微型化、智能化和多功能化。深入研究和掌握有机、无机、生物和各种材料的特性及相互作用,理解各类气体传感器的工作原理和作用机理,正确选择各类传感器的敏感材料,灵活运用微机械加工技术、敏感薄膜形成技术、微电子技术、光纤技术等,使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向。  (责任编辑:传感器)

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