气敏传感器的温湿度补偿

气敏传感器的温湿度补偿

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的取值最低为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。