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用于检测各种气体,从丙烷等爆炸性气体
来源:薄膜压力传感器_TEKSCAN_气体传感器_纸电池_薄膜电池_柔性电池_充电纸电池_软包电池人因工程_人因心理学_生物力学_压力测量 | 发布时间:2020/10/2 6:37:47 | 浏览次数:
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工作原理

Figaro提供多种气体传感器产品,用于检测各种气体,从丙烷等爆炸性气体、一氧化碳等有毒气体到挥发性有机化合物(VOCs)的空气质量传感器,这些都是导致病院综合症的原因。Figaro的每种技术都能满足不同的应用需求。

 

MOS型催化型电化学型电化学型

摘要

 

步骤1

在干净的空气中,二氧化锡中的施主电子被吸引到吸附在传感材料表面的氧气上,阻止电流流动。

 

步骤2

在存在还原性气体的情况下,吸附氧的表面密度随着与还原性气体的反应而降低。然后电子被释放到二氧化锡中,使电流自由流过传感器。

 

工作原理

当半导体粒子(通常是二氧化锡)在空气中高温加热时,氧通过捕获自由电子吸附在粒子表面。由此形成的耗尽层在很大程度上取决于所用半导体粒子的半径。如果它像气体传感器中通常使用的那样小(几十纳米),损耗可以扩展到每个粒子的整个区域(体积损耗,高灵敏度)。另一方面,如果粒子的尺寸大得多,损耗通常发生在每个粒子的外围(区域耗尽,低灵敏度)。

 

图1显示了能带结构和传导电子的分布如何随着氧分压从零(平带态)增加到状态I(区域耗尽)、II(边界)和III(体积耗尽)的变化。在达到边界之前,通过增加耗尽层厚度来达到吸附平衡。然而,后来(体积耗尽),费米能级在保持层厚度不变的情况下,从II层降低到III层。

 


x:径向距离

qV(x):势能

a:粒子半径

[O-]:吸附氧浓度

导带能量

EF:费米能级

费米能级偏移

 

[e] :电子浓度

Nd:供体密度

图1。半导体粒子的能带结构(顶部)和传导电子(底部)的分布与吸附氧浓度的增加有关

 

在这一阶段,我们从理论上推导了由球形粒子组成的传感器装置的两个重要方程,如下所示。

 

[e] S=Nd exp{-(1/6)(a/LD)2-p}。。。(一)

R/R0=Nd/[e]S。。。(二)

这里[e]S是粒子的表面电子浓度,LD是德拜长度。R和R0分别是稳态和平带状态下的传感器电阻。对于其他符号,请参见图1的标题。当选择传感器材料时,Nd、a、LD和R0是固定的,而p取决于实际的气体条件。

 

如上所述,MOS型气体传感器由于吸附氧浓度的变化而改变电阻(R)。如果这被充分利用,人们可以检测到像一氧化碳这样的还原性气体。在洁净空气中形成的吸附氧在与一氧化碳接触时会被消耗掉,由此产生的R值的降低被用来估计一氧化碳的浓度。当一氧化碳关闭时,传感器恢复原来的电阻水平。这种检测机制在基于二氧化锡的气体传感器中是有效的。

 

参考文献:山崎信郎,岛野健吾,氧化物传感器功能的基本方法

半导体气体传感器,传感器和执行器B 160(2011)1352-1362

 
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