金屬氧化物傳感器概述

由p型氣敏材料組成的金屬氧化物傳感器能夠檢測各種不同的氣體。p型金屬氧化物傳感器特別
設計用于檢測CO，H2S和VOCs(揮發性有機化合物)，同樣適用于良好或惡劣環境，從零度以
下到120℃以上。不同于n型材料，它們也能在大濃度范圍之內進行檢測。檢測原理取決于氣敏
材料（以高度多孔層的形式存在）和目標氣體之間的相互作用，氣體的吸附導致多孔層電阻的
變化。采用絲網印刷工藝在氧化鋁基板上制備多孔氣敏層，它由集成加熱器，共面電極圖形和
芯片接口組成。通過微調的制造工藝，傳感器工作參數和嵌入式定制過濾器的過濾特性來識別
不同的氣體。

下表列出了傳感器的一些共性：

如果你不怎么清楚MOS傳感器的管腳分配，加熱器和傳感器管腳角對角連接。在傳感器未連接
的情況下，簡單的萬用表測量將有助于重新確認管腳分配（加熱器電阻低，敏感材料要么出現
開路，要么電阻較高（Mohm））。

雙溫脈沖

使用我們的p型傳感器時，建議使用雙溫脈沖。這將提高傳感器的性能——增加靈敏度，改善基
線穩定性，縮短設置時間和加快響應時間和消除隨時間而變的響應效應。雙溫脈沖是指在短時
間內傳感器溫度從400℃上升到525℃，然后回到初始溫度。實際上在溫度較高時，傳感器對目
標氣體“不作響應”，在應用中考慮到這個是很重要的，以讀取傳感器響應，我們建議就在溫
度升高之前使用這一點。這將提供佳的傳感器性能。作為起點，我們建議高溫對工作溫度的
比值為1:5。如果你關注的是稀釋濃度，則你可能想要延長工作溫度的時間。以下圖表給出了雙
溫脈沖的一個例子，60秒的高溫階段和300秒的測量階段。

加熱電路

工作溫度對傳感器性能有顯著影響。這甚至在使用我們建議的雙溫脈沖方法時更加如此。當傳感
器在使用中時，將受到流速和環境條件變化的影響。未能對溫度進行適當的控制，傳感器會偏離
適工作溫度，導致基線和氣體靈敏度偏移。因此溫度穩定性是至關重要的，一般通過加熱器的
精確控制來實現——在這種情況下是細鉑蛇形軌道。鉑金具有有利的TCR（電阻溫度系數），適
于嚴格的溫度控制，如果加熱器電阻維持在一個固定值上，則傳感器工作溫度將保持不變。

通過使用一個簡單的加熱器驅動電橋電路來實現溫度控制，以恒阻原理為基礎。這提供高的精確
度，穩定性和重復性，以實現傳感器性能zui大化。這個加熱器驅動電路能夠補償-40℃~+80℃范
圍內的環境溫度和高達1,000 ml/min的流速變化。使用時，加熱器形成一個惠斯通電橋橋臂，并
且與第二個“參比”臂相比較。如果加熱器溫度不同于參比壁的值（由于環境或氣流的變化），
電路會對加熱器采取行動，通過加熱器溫度調制來使其重歸平衡狀態。這個電路提供良好的性
能，但是供應電壓應該超過傳感器電壓（建議5V）。另外，這個供應電壓必須保持穩定。確切施
加到加熱器的應用電壓取決于環境和氣流，但是對于400℃，將是在2.5-2.9V之間。這個電路也
提供雙溫脈沖的機會。在正常工作中，施加5V到測量輸入（MI），允許加熱器溫度設置為
400℃。需要高溫脈沖時，MI應該設置為0V。這將促使加熱器溫度升高到525℃。

在第4頁有一個電路實例，利用傳感器的加熱器元件形成惠斯通電橋。通過電位器R5來設置加熱
器電阻值（和溫度）。作為初始點，電位器應該在其范圍的中心。我們建議至少是10圈電位器。
以下元件列表作參考。

加熱器電路元件列表

為了精確設置傳感器的工作溫度，我們建議您遵照下列步驟。

計算加熱器電阻
1. 傳感器未連接在電路上，先測量加熱器電阻（R0）。在理想情況下，這個應該在20℃時完成。電
阻應該在10Ω左右。

2. 計算400℃時的加熱器電阻。使用以下等式：
RH=R0+R0α（T-T0）
其中T是目標溫度，T0是20℃（或者你測量加熱器初始電阻時的溫度）,α是電阻溫度系數，一般
是3.55 x 10-3/℃ 。

3. 移除電路中的傳感器，精確地測量R8電阻（3.3Ω）。

4. 安置傳感器，現在接通電路，而MI管腳增加到5V。先測量圖中AB和BC之間的電壓（VAB）
（VBC）。改變R5的值，直到達到期望的加熱器電阻（在第2步中計算得出的）。在整個過程中，
你都需要測量VAB和VBC 。加熱器電阻（RH）和這些變量之間的關系如下：
RH= R8 x (VBC/ VAB)

利用R5，改變VBC和VAB之間的比率，這樣加熱器電阻（RH）才能變成是步驟2計算得出的值。設
置其他電路電阻值，以便提供正確的高溫，當MI設置為0V時。

檢測電路

在有CO，H2S或VOC氣體存在的情況下，敏感材料的電阻會發生變化。傳感器電阻隨著目標氣體濃
度的增加而增大。對于大多數氣體來說，氣體濃度和傳感器電阻呈非線性關系，遵循冪次定律，冪
系數一般是0.5；對于H2S和CO（<50ppm）來說，利用雙溫工作模式，觀測到線性關系。測量傳
感器電阻變化的簡單方法是使用一個分壓器，如下所示。

簡單的電阻測量電路

我們建議R1電阻值在100-200kΩ之間，而V+電壓低于1V。在使用之前我們建議放
大和濾波電路的輸出，對某一特定應用和氣體濃度范圍進行必要的調整優化。

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