氣敏器件（又稱氣敏傳感器）是一種對環境氣氛中某些氧化性氣體、還原性氣體、有機溶劑蒸汽十分敏感的電子器件，被廣泛應用于對可燃性氣體和有毒性氣體的檢測、檢漏、報警和監控等領域。

一只完整的氣敏器件是由防爆網、管座、電極、玻璃基體、加熱器和氧化物半導體等幾部分組成的，其結構如圖１所示。

氣敏器件的核心部分是金屬氧化物半導體，如二氧化錫等。這類金屬氧化物半導體，在一定溫度時，能吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體材料中電子密度減小，電阻增大。當遇到可燃性氣體或毒氣時，原來吸附的氧就會脫附，而由可燃性氣體或毒氣以正離子狀態吸附在半導體材料的表面。由于在脫附和吸附過程中均放出電子，使電子密度增大，從而使電阻減小。器件中加熱器的作用是為了提高器件的靈敏度。

氣敏器件的特性曲線如圖２所示。

氣敏傳感器電路圖（一）

Figaro公司制造的、以氣敏傳感器TGS800為基礎的模塊AMS800，可以與微處理F6604連接，F6604也是一種四位CMOS微處理器。模塊AMS800和F6604互連的電路圖示于圖。

微處理器F6604有能力將空氣污染的程度區分為四個等級，并按污染程度相應控制空氣清潔器械的工作。根據房間的大小、靈敏度以及換氣的方式（通風或是空氣過濾），設計了調整的能力。

氣敏傳感器電路圖（二）

CAPTEUR傳感器和分析器公司生產的氣敏傳感器的加熱元件是典型的高溫度系數電阻，所以公司建議使用熱驅動器，它的主要目的是保持傳感器加熱器在恒定電阻條件下工作，實現的途徑是，把加熱器電阻接在惠斯登電橋上，然后它的阻值與基準電阻器作比較示于圖。

氣敏傳感器電路圖（三）

有害氣體（一氧化碳、氨、硫化氫等），即使在周圍空氣中它們的含量非常低，也對人體有害。如果它們在工作場所出現，將是非常危險的。這就需要應用有效的器件監測這類氣體的存在，防止它們在空氣中的含量超過一定的濃度。Figaro公司生產的傳感器TGS203用于測量混合氣體中的CO含量。它對混合氣體中的氫氣和酒精蒸汽的靈敏度最低。隨著周圍空氣中CO含量的增加，敏感元件的電阻下降。相對于敏感元件最大靈敏度的最佳工作溫度在100℃左右。

這類傳感器的主要缺點是，濕度對測量結果有影響，而且在常溫時，它的響應時間相對而言長了些。這些不足可以應用加熱敏感元件的方法達到部分的補償，加熱采用間歇的規范進行。加熱時，將敏感元件表面上的水蒸汽和其他次要氣體清除掉，而測量在較低溫度時進行。設計了一個活性碳的過濾器，為傳感器提供必要的保護，使它免受氧化氮的影響。

傳感器的間歇加熱規范，以及要求的工作溫度的形成均由專用集成電路（FIC5401）提供，它是一個4位的微處理器，含有定時器和對信號進行預處理的模擬電路示于圖，從直流電源取得傳感器加熱電流。每了保證傳感器工作在設定的模式中，電路中只使用了二個外接元件：一是熱敏電阻，在電路中，其功能相當于溫度補償用的熱轉換器；另一是可變電阻（RLV），它被用來調整電路工作所要求的電平。

氣敏傳感器電路圖（四）

圖1是采用熱電阻的熱傳導式氣敏傳感器的應用電路。熱傳導式氣敏傳感器有的采用由熱敏電阻和熱電阻構成的方式。這里介紹的是采用由鉑熱電阻絲構成的方式，它用于測量氫氣的濃度，分為0附一20%和0%一100%兩個量程。該種傳感器的原理是，高溫（200一800℃）時，將氣體弓入熱敏傳感器，傳感器的溫度隨氣體熱傳導率之差的變化，作為鉑熱電阻絲等阻值變化被檢測出來。電路中，RA和RB為鉑熱電阻絲，分別作為檢測元件和溫度補償元件。檢測元件按照溫度變化進行工作，因此，橋路的電壓要求具有很高的穩定性。氫氣與空氣相比，其熱傳導率較大，容易測量，因此，橋路的電壓穩定性為0.1%左右即可。電壓基準元件使用ICL-8069;A1一A3使用μPC451;電流放大器VTl采用2SD235，供給橋路80mA的電流;RP1用于調整電壓。若用螺釘將晶體管VTl固定在機殼上，可不用散熱器。

圖1 采用熱電阻的熱傳導式氣敏傳感器的應用電路圖

RP2用于調節橋路的平衡，空氣中不含有氫氣時，調節RP2，便橋路輸出為零。由于橋路輸出含有共模信號，因此，也使用差傘輸入方式。S1力量程切換聯動開關，接1時，為100%;接2時，為20%;接3時，接電池;接4吐斷開;A3用干測量范圍調整;RP3用于范圍校正。

氣敏傳感器電路圖（五）

圖（a）示出了氣敏傳感器TGS203與集成電路FIC5401連接的主電路。其負載電阻由可變電阻（RLV）和電路內設的定值電阻（1kΩ）構成，因此RL=RＬＶ+1kΩ。它是傳感器的工作負載電阻，RL較大，那么傳感器的靈敏度也較高。當允許的CO氣體濃度為100×１０-6時，RＬＶ選用等于20kΩ的，如果允許的濃度低于100×１０-６時，RＬＶ選用50kΩ的。更精確的允許CO氣體濃度的設定都是通過改變RＬＶ進行的。

在圖（b）和圖（c）上可以清楚看到，集成在集成電路上的變換直流電源的工作原理。傳感器的二個加熱規程是通過開關在加熱過程中順序進行的。在測量周期時，SW1和SW2都處于“開”的狀態，電流從電源VCC1經過傳感器和負載電阻（即RＬＶ+1kΩ）流動。電流量的大小與環境空氣中的CO氣體濃度成比例。此時，傳感器的輸出信號是負載電阻兩端的電壓，并從集成電路的13腳輸出。如果這個電壓超出了內部的基準電壓VREF，那么在報警器A的輸出上產生一個高電平，標示已經溢出了設定的允許CO氣體濃度值。將28腳接到GND3（地），這樣，子報警系統（報警器B）的電平為主報警器電平的三分之一。利用38腳輸出作為子報警系統，可以作出早期的預兆警報，即在低于主報警器的報警濃度時提出警告。這可以用來保護測量過程，如果需要，可以排除達到允許CO氣體濃度的地步。

所討論的電路和傳感器TGS203可以用于工作場所的空氣條件監測，也可以用于那些需要燃料完全燃燒，和其他對人體有害的CO氣體可能達到危險濃度的領域。

氣敏傳感器電路圖（六）

陶瓷氣敏傳感器也可以用于分析酒精蒸汽的含量。傳感器與相應的電路配合能夠檢測血液中的酒精含量。其工作原理非常簡單，如果血液中含有一定比例的酒精成分，那么它必定會發散到空氣中來，血液中酒精濃度越高發散在空氣中的比例也越大。如果用含有一定濃度酒精的空氣噴吹傳感器，傳感器的電阻將發生與酒精濃度相應的變化，這個變化可以用合適的測量電路鑒別。這樣的電路示于圖8-24。使用的氣敏傳感器TGS822是Figaro公司制造的。電路由穩壓直流電源+5V供電。傳感器負載電阻上的輸出電壓反相加載到三個運算放大器的輸入端，三者互聯成比較器。實際上，電阻R1和R2是基準電壓的發生器。基準電壓的上限由可變電阻RP1設定，而下限則由RP2設定。

接通電源，并按下復位電鈕后，觸發器進入邏輯O的狀態。這時，發光二極管LED1～LED3不發光。當酒精蒸汽作用在傳感器上時，負載電阻上的壓降開始變化（逐漸升高）。這些分立的比較器順序工作的結果導致相應的觸發器開啟，因而與它們相接的LED點亮。如果酒精蒸汽停止對傳感器作用，那么負載電阻上的電壓將緩慢下降。按動復位鈕后，恢復到起始狀態。為了補償溫度和濕度對傳感器特性的影響，同時為了獲得更高的精度，建議使用熱敏電阻和（或）濕敏傳感器對電路進行補償。