电子元件基础篇之气敏电阻（原理及作用、符号及参数、选型及电路）

气敏电阻器（gassensiTIveresistor）——型号MQ，气敏电阻器是一种对特殊气体敏感的元件，它可以将被测气体的浓度和成分信号转变为相应的电信号，广泛应用于各种可燃气体、有害气体及烟雾等方面的检测及自动控制。它是可以把某种气体的成分，浓度等参数转换成电阻变化量，再转换成电流，电压信号的电阻，实际上可以说是气敏传感器。利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成，主要成分是金属氧化物。

气敏电阻原理及作用

金属氧化物在常温下是绝缘体，制成半导体后却显示气敏特性，其机理是比较复杂的。但是，这种气敏元件接触气体时，由于表面吸附气体，致使它的电阻率发生明显的变化却是肯定的。这种对气体的吸附可分为物理吸附和化学吸附。在常温下主要是物理吸附，是气体与气敏材料表面上分子的吸附，它们之间没有电子交换，不形成化学键。若气敏电阻温度升高，化学吸附增加，在某一温度时达到最大值。化学吸附是气体与气敏材料表面建立离子吸附，它们之间有电子的交换，存在化学键力。若气敏电阻的温度再升高，由于解吸作用，两种吸附同时减小。例如，用氧化锡（SnO2）制成的气敏电阻，在常温下吸附某种气体后，其电阻率变化不大，表明此时是物理吸附。若保持这种气体浓度不变，该元件的电导率随元件本身温度的升高而增加，尤其在100~300℃范围内电导率变化很大，表明此温度范围内化学吸附作用大。

气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多。为此，气敏元件在结构上要有加热器，通常用电阻丝加热，如图3-1所示，（ZnO）材料气敏元件输出电压与温度的关系曲线如图3-2示。

气敏电阻电路符号

下图为气敏电阻在电路中的图形符号，气敏电阻传感器的实物、符号

气敏电阻传感器种类很多，但外形和结构基本一样，见表

气敏电阻结构

气敏电阻的结构示意图见下图。

从图中能够可以看出，气敏器件主要由防爆网、管座、电极、封装玻璃、加热丝和氧化物等几部分组成。

气敏电阻参数

灵敏度-温度特性

下图是气敏电阻的灵敏度-温度特性。从曲线可以看出，在室温下电导率变化不大，当温度升高后，电导率就发生较大变化，因此气敏电阻在使用时需要加温。

阻值-气体浓度特性

下图是气敏电阻阻值-气体浓度特性曲线。从图中可以看出，气敏电阻对乙醚、乙醇、氢以及正乙烷等具有较高灵敏度。

加热功率

加热电压与加热电流的乘积。

工作电压

工作条件下，气敏电阻两极间的电压。

灵敏度

气敏电阻在最佳工作条件下，接触气体后其电阻值随气体浓度变化的特性。如果采用电压测量法，其值等于接触某种气体前后负载电阻上电压降之比。

响应时间

在最佳工作条件下，接触待测气体后，负载电阻的电压变化到规定值所需的时间。

恢复时间

在最佳工作条件下，脱离被测气体后，负载电阻上电压恢复到规定值所需要的时间。
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气敏电阻的分类

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气敏电阻的分类

气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种。

直热式加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内； 直热式它消耗功率大， 稳定性较差， 故应用逐渐减少。

旁热式以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。 旁热式性能稳定， 消耗功率小， 其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆， 因此安全可靠， 其应用面较广。

以SnO2气敏元件为例，它是由0.1--10um的晶体集合而成，这种晶体是作为N型半导体 而工作的。在正常情况下，是处于氧离子缺位的状态。当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度 增加，因此电导率增加。而对于P型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。

SnO2在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大。但当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。 此外，在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂可以获得低温时的灵敏度，也可增强对气体种类的选择性。

气敏电阻电路（一）

下图所示是气敏电阻构成的火灾报警器电路。整个电路由3部分组成：烟雾检测电路、电子开关电路和高响度报警器。

开关集成电路A1

A1总共有5个引脚。1脚接电源正极，2脚和3脚是合并的，是内电路中的“电子开关”输出引脚。4脚是接地引脚。5脚是内电路“电子开关”的控制引脚，阈值电压为

1.6V，当5脚电流小于30微安时，内电路中的“电子开关”断开，当5脚电流大于30微安时，内电路中的“电子开关”接通。

烟雾检测电路

当电源S1接通后，电路处于自动检测报警的工作状态。

烟雾检测电路由气敏电阻R3和电阻R1、R2组成。气敏电阻在未检测到烟雾时，其A、B两端之间的电阻很大，这样加到VT1基级的直流电压很低，VT1处于截止状态，电路处于待警状态。

当烟雾到一定浓度时，R3的A、B两端电阻下降，这是直流电压通过R1、R3的A和B端内阻，R4、RP1加到VT1基级，VT1基级直流电压升高，VT1饱和导通，VT1发射极输出的直流电压通过R5、R6分压后加到A1的5脚，使A1的5脚为高电平时，A1内电路的“电子开关”接通，即A1的1、2脚之间接通，这样直流工作电压经闭合的S1、A1的1、2脚，加到高响度报警器上，报警器发声。

检测灵敏度调整电路

电路中的RP1为检测灵敏度调整电位器，当RP1动片向上调节时，灵敏度提高，只要有小的烟雾，即气敏电阻R3的A、B两端之间的电阻减小量较小时，VT1便能导通，使电路报警；反之，RP1动片向下调节时，灵敏度下降。

气敏电阻电路（二）

室内空气清新器的电路如图所示。它分为两部分：由Ql气敏元件QM-N5、三极管VTl等元件构成的空气检测控制电路和以IC3集成运放TWH8751、升压变压器Tl等元件构成的负氧离子发生电路。当室内的有害气体达到一定浓度时，气敏元件Ql④、⑥脚的电位升高，三极管VTl饱和导通，使IC3、R4、C3组成的振荡器起振，在升压变压器Tl的次级便可得到约5kV的高压。用针尖状材料做成的放电端采用开放式，这样可提高负氧离子的浓度，减小臭氧浓度。室内空气正常时，气敏元件Ql的④、⑥脚电位很低，三极管VTl截止，集成运放IC3的②脚为高电位，振荡器不工作，没有负氧离子产生。电路中Rt为负温度系数热敏电阻，用来补偿气敏元件Ql由于温度变化引起的误差。电位器RP用来调节气敏元件Ql检测有害气体的灵敏度。

气敏电阻电路（三）：沼气泄漏检测报警器（CD4069）

沼气泄漏检测报警器电路如图所示。CD4069为六反相器集成电路。QM-10N为气敏检测传感器件，喟于检测气体有无泄漏。电阻R2、电容Cl及稳压管DW组成简单稳压电路，为气敏传感器提供稳定的6V工作电压。非门F5、F6与电阻R5及电容C3共同组成音频振荡器，控制开关三极管的通断，从而驱动压电陶瓷片HTD发声。