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(shè)計(jì)用于檢測CO，H2S和VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)，同樣適用于良好或惡劣環(huán)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(nèi)進(jìn)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(biāo)氣體之間的相互作用，氣體的吸附導(dǎo)致多孔層電阻的
變化。采用絲網(wǎng)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(diào)的制造工藝，傳感器工作參數(shù)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(rèn)管腳分配（加熱器電阻低，敏感材料要么出現(xiàn)
開路，要么電阻較高（Mohm））。
雙溫脈沖
使用我們的p型傳感器時(shí)，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(wěn)定性，縮短設(shè)置時(shí)間和加快響應(yīng)時(shí)間和消除隨時(shí)間而變的響應(yīng)效應(yīng)。雙溫脈沖是指在短時(shí)
間內(nèi)傳感器溫度從400℃上升到525℃，然后回到初始溫度。實(shí)際上在溫度較高時(shí)，傳感器對目
標(biāo)氣體“不作響應(yīng)”，在應(yīng)用中考慮到這個(gè)是很重要的，以讀取傳感器響應(yīng)，我們建議就在溫
度升高之前使用這一點(diǎn)。這將提供佳的傳感器性能。作為起點(diǎn)，我們建議高溫對工作溫度的
比值為1:5。如果你關(guān)注的是稀釋濃度，則你可能想要延長工作溫度的時(shí)間。以下圖表給出了雙
溫脈沖的一個(gè)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(shí)更加如此。當(dāng)傳感
器在使用中時(shí)，將受到流速和環(huán)境條件變化的影響。未能對溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，傳感器?huì)偏離
適工作溫度，導(dǎo)致基線和氣體靈敏度偏移。因此溫度穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，一般通過加熱器的
精確控制來實(shí)現(xiàn)——在這種情況下是細(xì)鉑蛇形軌道。鉑金具有有利的TCR（電阻溫度系數(shù)），適
于嚴(yán)格的溫度控制，如果加熱器電阻維持在一個(gè)固定值上，則傳感器工作溫度將保持不變。
通過使用一個(gè)簡單的加熱器驅(qū)動(dòng)電橋電路來實(shí)現(xiàn)溫度控制，以恒阻原理為基礎(chǔ)。這提供高的精確
度，穩(wěn)定性和重復(fù)性，以實(shí)現(xiàn)傳感器性能zui大化。這個(gè)加熱器驅(qū)動(dòng)電路能夠補(bǔ)償-40℃~+80℃范
圍內(nèi)的環(huán)境溫度和高達(dá)1,000 ml/min的流速變化。使用時(shí)，加熱器形成一個(gè)惠斯通電橋橋臂，并
且與第二個(gè)“參比”臂相比較。如果加熱器溫度不同于參比壁的值（由于環(huán)境或氣流的變化），
電路會(huì)對加熱器采取行動(dòng)，通過加熱器溫度調(diào)制來使其重歸平衡狀態(tài)。這個(gè)電路提供良好的性
能，但是供應(yīng)電壓應(yīng)該超過傳感器電壓（建議5V）。另外，這個(gè)供應(yīng)電壓必須保持穩(wěn)定。確切施
加到加熱器的應(yīng)用電壓取決于環(huán)境和氣流，但是對于400℃，將是在2.5-2.9V之間。這個(gè)電路也
提供雙溫脈沖的機(jī)會(huì)。在正常工作中，施加5V到測量輸入（MI），允許加熱器溫度設(shè)置為
400℃。需要高溫脈沖時(shí)，MI應(yīng)該設(shè)置為0V。這將促使加熱器溫度升高到525℃。
在第4頁有一個(gè)電路實(shí)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(shè)置加熱
器電阻值（和溫度）。作為初始點(diǎn)，電位器應(yīng)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(shè)置傳感器的工作溫度，我們建議您遵照下列步驟。
計(jì)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(gè)應(yīng)該在20℃時(shí)完成。電
阻應(yīng)該在10Ω左右。
2. 計(jì)算400℃時(shí)的加熱器電阻。使用以下等式：
RH=R0+R0α（T-T0）
其中T是目標(biāo)溫度，T0是20℃（或者你測量加熱器初始電阻時(shí)的溫度）,α是電阻溫度系數(shù)，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(xiàn)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(dá)到期望的加熱器電阻（在第2步中計(jì)算得出的）。在整個(gè)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(guān)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(jì)算得出的值。設(shè)
置其他電路電阻值，以便提供正確的高溫，當(dāng)MI設(shè)置為0V時(shí)。
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(huì)發(fā)生變化。傳感器電阻隨著目標(biāo)氣體濃
度的增加而增大。對于大多數(shù)氣體來說，氣體濃度和傳感器電阻呈非線性關(guān)系，遵循冪次定律，冪
系數(shù)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(guān)系。測量傳
感器電阻變化的簡單方法是使用一個(gè)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(yīng)用和氣體濃度范圍進(jìn)行必要的調(diào)整優(yōu)化。
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