原理 声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。

半导体气体传感器 气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性(例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。 1、半导体气敏元件的特性参数 （1）气敏元件的电阻值 将电阻型气敏元件在常温下洁净空气中的电阻值，称为气敏元件(电阻型)的固有电阻值，表示为Ｒａ。一般其固有电阻值在(103～105)Ω范围。 测定固有电阻值Ｒａ时, 要求必须在洁净空气环境中进行。由于经济地理环境的差异，各地区空气中含有的气体成分差别较大，即使对于同一气敏元件，在温度相同的条件下，在不同地区进行测定，其固有电阻值也都将出现差别。因此，必须在洁净的空气环境中进行测量。 （2）气敏元件的灵敏度 是表征气敏元件对于被测气体的敏感程度的指标。它表示气体敏感元件的电参量（如电阻型气敏元件的电阻值）与被测气体浓度之间的依从关系。表示方法有三种 （a）电阻比灵敏度K （b）气体分离度 RC1—气敏元件在浓度为Cc的被测气体中的阻值： RＣ2—气敏元件在浓度为C2的被测气体中的阻值。通常，C1＞C2。 （c）输出电压比灵敏度KV Va:气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的电压输出； Vg:气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻的电压输出 （3）气敏元件的分辨率 表示气敏元件对被测气体的识别（选择）以及对干扰气体的抑制能力。气敏元件分辨率S表示为 Va—气敏元件在洁净空气中工作时，负载电阻上的输出电压；Vg—气敏元件在规定浓度被测气体中工作时，负载电阻上的电压 Vgi—气敏元件在i种气体浓度为规定值中工作时，负载电阻的电压 （4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。 （5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工作温度的加热电路的电阻(指加热器的电阻值)称为加热电阻，用RH表示。直热式的加热电阻值一般小于5Ω；旁热式的加热电阻大于20Ω。气敏元件正常工作所需的加热电路功率，称为加热功率，用ＰＨ表示。一般在(0.5～2.0)W范围。 （6）气敏元件的恢复时间 表示在工作温度下,被测气体由该元件上解吸的速度,一般从气敏元件脱离被测气体时开始计时,直到其阻值恢复到在洁净空气中阻值的63％时所需时间。 2、烧结型SnO2气敏元件 SnO2系列气敏元件有烧结型、薄膜型和厚膜型三种。烧结型应用最广泛性。 其敏感体用粒径很小(平均粒径≤１μm)的SnO2粉体为基本材料，根据需要添加不同的添加剂，混合均匀作为原料。主要用于检测可燃的还原性气体，其工作温度约300℃。根据加热方式，分为直接加热式和旁热式两种。 （1）直接加热式SnO2气敏元件(直热式气敏元件) 由芯片(敏感体和加热器)，基座和金属防爆网罩三部分组成。因其热容量小、稳定性差，测量电路与加热电路间易相互干扰，加热器与SnO2基体间由于热膨胀系数的差异而导致接触不良，造成元件的失效，现已很少使用。 2）旁热式SnO2气敏元件 旁热式气敏器件结构及符号

温湿度补偿 气敏传感器在测量中受环境温湿度变化的影响很大，不考虑温湿度变化因素会给测量带来较大误差。图2-3说明了环境温湿度变化给测量带来的影响。 图中Rs为乙醇气敏传感器敏感元件的电阻值，-△Rs为气敏传感器正常工作时待测气体浓度导致敏感元件的电阻值的变化值，-△Rb为气敏传感器受到诸如温度、湿度等环境因素影响导致的电阻值的变化值; 是采样电阻，一般选用金属膜电阻，温湿度等环境变化对它的影响很小。此外，采样电阻本身产生的温度影响可以忽略不计。 来源：东海仪表网 根据电路原理，图2-3中取样电阻凡在有环境干扰和理想无干扰情况下的输出电压和分别为: 其中，Vc为电路供电电压，一般为±5V。将2-5和2-6两式相减，可以得到由于环境变化导致的输出误差，即 对2-7式进行因式分解并化简可得 由2-8式可知，由于环境因素对乙醇气敏传感器的影响，采用标准的气敏传感器取样电路进行电压信号提取将会导致采集的信号出现误差。尤其是在环境温湿度波动比较大(△Rb较大)的情况下，这种误差会变得很大。 实际上，得益于现代制作工艺的发展以及各种更高性能的敏感材料的应用，气敏传感器的检测精度已经获得了很大提高，环境温湿度变化对测量的影响己经得到了很大的改善。但是正如上文分析的那样，环境因素的干扰，仍是制约乙醇气敏传感器测量精度的一个重要的因素。 如图2-4是TGS2620乙醇气敏传感器的温湿度特性，其中Ro是20℃湿度为65[%]条件下的传感器敏感元件的电阻值，Rs为300ppm乙醇气体浓度条件下传感器敏感元件电阻值。 从图中可以看到，尽管在气敏传感器生产过程中采用了很多先进的制作工艺，采取了各种措施来提高传感器稳定性，但是环境温湿度变化影响仍旧是导致传感器产生测量一误差的一个重要因素。有效降低甚至避免温湿度影响，是气体检测应用中需要特别注意的问题。 为了克服环境温湿度变化对测量的影响，人们采取在原有测量电路上与负载电阻串联热敏电阻和湿敏电阻的方法来补偿由于环境温湿度变化引入的误差。这种方法在一定程度上克服了环境温湿度变化对测量带来的干扰，但在具体应用中却很难找到和气敏传感器敏感元件温湿度效应相匹配的热敏和湿敏电阻。因此，采用串并联热湿敏电阻的补偿方法其效果很有限。 同样是基于串联热湿敏电阻来补偿环境变化影响的思路。采用两支同型号的乙醇气敏传感器，一支用来检测待测气体，另一支作为负载电阻并与待测气体隔离，使之不受待测气体的影响，而只受环境因素的影响。同型号的乙醇气敏传感器具有相同的热湿敏特性，当环境温湿度变化导致传感器气敏元件的电阻值产生变化时，作为负载电阻的传感器的敏感元件电阻值也会发生相应的变化，从而补偿了由于环境变化对测量带来的干扰。 使用同型号的气敏传感器作为负载电阻，如图2-5所示。-△Rb是检测传感器与补偿传感器受温湿度等环境干扰影响导致的敏感元件电阻值的变化值。由于用于补偿的传感器敏感元件接触被测气体后同样会产生电阻值变化，因此需要设法使补偿传感器与被测气体隔绝而只感受环境的变化。 根据电路原理，采用补偿传感器方法的负载输出电压为 则由于环境干扰而引入的输出误差为 式中，△RL'为理想情况下，补偿传感器在无干扰影响下的电压输出值; 为有干扰情况下的输出值。对2-10式进行化简，可得 在实际应用中，如果所检测的气体浓度不是很高，则气敏传感器的变化将远远小于敏感元件的电阻值，即△Rs< 在实际使用中，每种气敏传感器对于负载电阻都有一定的取值范围要求，例如TGS2620要求负载电阻RL的取值为450Ω，为了符合要求，一般还要在测量电路中串接一个电阻，这个电阻同时可以起到传感器过电流保护的作用，这个电阻应尽可能选择温湿敏特性比较稳定的电阻以减小温湿度变化带来的测量误差。