氣敏傳感器的定義：是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱便可獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息。氣敏器件是一種對環(huán)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(jiān)控等領域。一只完整的氣敏器件是由防爆網(wǎng)、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。
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(tài)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。
半導體氣敏傳感器大體上可以分為電阻式和非電阻式兩類。電阻式半導體氣敏傳感器是利用氣敏半導體材料，如氧化錫(SnQ2)、氧化錳(MnO2)等金屬氧化物制成敏感元件，當它們吸收了可然氣體的煙霧，如氫、一氧化碳、烷、醚、醉、苯以及天然氣等時，會發(fā)生還原反應，放出熱量，使元件溫度相應增高，電阻發(fā)生變化。利用半導體材料的這種特性，將氣體的成分和濃度變換成電信號，進行監(jiān)測和報警。元件對不同氣體的敏感程度不同，如對乙醚、乙醉、氫氣等具有較高的靈敏度，而對甲烷的靈敏度較低。一般地，隨著氣體的濃度增加，元件阻值明顯增大，在一定范圍內(nèi)，呈線性關(guān)系。
氣體傳感器特性總是會受到環(huán)境溫度、濕度的影響而變化，氣體檢測探頭要能夠有效實現(xiàn)對環(huán)境氣氛的監(jiān)控，有效避免誤報、漏報，提高測量的準確性，必須對氣體傳感器進行有效的溫、濕度補償和修正。通?？扇夹詺怏w傳感器特性受濕度影響較小，往往可忽略，所以主要考慮如何有效實現(xiàn)傳感器的溫度補償。
傳統(tǒng)補償方式一般有硬件補償和軟件補償兩種。所謂硬件補償是指直接使用溫度傳感器在電路中對氣體傳感器進行補償，這種方式雖然簡單，但只有在溫度傳感器和氣體傳感器的溫度特性一致時，才能很好地補償;很難實現(xiàn)寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。軟件補償方式通過傳感器的溫度特性曲線擬合進行算法補償，這種方式是以一定的特性曲線作為基礎，對不同的工作環(huán)境和不同傳感器的溫度特性，用算法處理和查表修正以得到不同的補償效果。該方式較為復雜，對特性離散的傳感器，擬合效果差。為了解決這個問題，本文提出采用雙傳感器補償方式，具體來說就是選用兩個特性一致(實際上只能做到非常接近)的氣體傳感器來實現(xiàn)補償，把其中一個氣體傳感器A密封代替溫度傳感器，對另一氣體傳感器B進行補償。這樣的補償方式，不僅能較好地擬合氣體傳感器的靜態(tài)溫度特性，而且對傳感器的動態(tài)溫度響應也能同步實現(xiàn)補償。
雙傳感器補償方式，可實現(xiàn)氣體傳感器動態(tài)特性的有效補償。由于兩氣體傳感器制造材料組分和工藝一致，它們的靜態(tài)特性和動態(tài)特性基本一致，可獲得較完全的補償。雙傳感器補償?shù)目扇夹詺怏w檢測探頭，采用了兩個同類型可燃性氣體傳感器，使用MOTOROLA的MC68HC05P6A微控制芯片進行數(shù)據(jù)采集、處理、修正和測定控制。系統(tǒng)分別對兩個氣體傳感器進行采樣，通過一定算法處理去除傳感器測量值中的溫度響應部分，而得到完全的氣體響應數(shù)據(jù)。
設傳感器測量值VA=A，VB=B，則無溫度影響的氣體響應VO為：VO=|VA-VB|，根據(jù)VO的值判斷是否測定。系統(tǒng)可根據(jù)MCU程序設定，選擇使用單點即時或多點延遲測定方式。測定輸出采用聲、光測定形式。在本系統(tǒng)中，由于采用內(nèi)嵌MCU的算法處理和軟件補償方式，不僅省去了瑣碎的硬件電路，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，也使系統(tǒng)的智能控制得以加強。
測定主要由傳感器、MCU、測定電路組成。該電路由MC68HC05P64作為核心控制芯片，它具有4路8位A/D口，氣體和溫度敏感信號直接由A/D口采集后，進行一定的算法修正和軟件補償。串聯(lián)在兩傳感器感應電阻上的分壓電阻R1和R2，應為可調(diào)電阻。調(diào)試中，在一定溫度和無可燃性氣體的標準環(huán)境下，調(diào)整R1和R2，使兩個傳感器輸出電壓相等，以進行有效的補償。
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