一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路的製作方法
2023-04-23 20:21:26
專利名稱：一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高氣體傳感器靈敏度的電路，具體地說是一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路。
背景技術：
電阻型氣體傳感器在不同氣體、不同濃度的情況下，其電阻值將發生變化，為了定義傳感器的特性，一般總在一定氣體、一定濃度下進行測試標定，把這種氣體稱為標定氣體，把在該標定氣體條件下傳感器的阻值稱為工作電阻，則電阻型氣體傳感器的靈敏度可如下定義，如圖1所示在電阻型氣體傳感器A兩端加一恆定電流I，然後分別置於標定氣體1和標定氣體2中，設標定氣體1中該電阻型氣體傳感器的電阻為R1，標定氣體2中該電阻型氣體傳感器的電阻為R2，由於電流恆定，標定氣體1中該電阻型氣體傳感器的電壓為V1，標定氣體2中該電阻型氣體傳感器的電壓為V2，則該傳感器靈敏度S的物理意義為S＝V2/V1＝R2/R1，即兩種標定氣體中的電壓或電阻之比，靈敏度越高，S值越大，表明傳感器測試標定氣體變化的能力越強，傳感器的性能越好，由於氣體傳感器的材料一般為ZnO、SnO2等，為了提高其靈敏度，一般採用在體內添加其他諸如Pd、Cu、V2O5等增敏性物質，但效果並不明顯，致使一些靈敏性不高的材料很難得到實際應用，而對靈敏性要求較高的地方又很難得到滿足。
發明內容
本發明就是針對以上不足而提供一種能夠明顯的提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路。
本發明所採取的技術方案是一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路，其特徵在於在電阻型氣體傳感器A上並聯有另一電阻型氣體傳感器B和與其連接的固定電阻R；所述的固定電阻R的電阻值遠遠大於電阻型氣體傳感器B最大工作電阻，一般是最大工作電阻阻值的10-30倍。
所述的固定電阻R的電阻值與其連接的電阻型氣體傳感器B最大工作電阻阻值的最佳比例為20∶1。
該方案的工作原理如下，如圖2所示，恆定的總電流I分成兩路一路為IA，流經傳感器A；另一路為IB，流經傳感器B，由於通過電路的總電流I是恆定的，則分路電流IA和IB之和是不變的，但是當標定氣體變化時，由於傳感器電阻的變化，分路中的電流也是變化的，當一路增加時，另一路減小。由於與傳感器B串接的固定電阻R的阻值要比傳感器B在標定氣體中的最大工作電阻大的多，設兩傳感器為同一類型，在標定氣體1中電阻分別為RA1和RB1，則傳感器B上的電壓VB1為
VB1=RB1IB1=RA1RB1RA1+RB1+RI]]>當氣體變化為標定氣體2時，兩傳感器的電阻分別變化為RA2和RB2，此時傳感器B上的電壓變為VB2，VB2=RB2IB2=RA2RB2RA2+RB2+RI]]>則靈敏度為S=VB2VB1=(RA2RB2)(RA1RB1)(RA1+RB1+R)(RA2+RB2+R)]]>在R遠大於RA2和RB2情況下，靈敏度可近似表示為S=VB2VB1(RA2RA1)(RB2RB1)]]>上式表明，雙傳感器測試電路，靈敏度為各個傳感器靈敏度的乘積，所以靈敏度得到極大提高。
若兩傳感器是完全一樣的，即RB2＝RA2＝R2，RB1＝RA1＝R1，則S=VB2VB1(R2/R1)2.]]>
圖1為檢測電阻型氣體傳感器靈敏度的電路原理圖；圖2為檢測本發明靈敏度的電路原理圖；圖3是本發明的一種具體實施圖；圖4是固定電阻R阻值變化時，靈敏度變化示意圖；圖5是固定電阻R阻值變化時，靈敏度理論值與測試值之間對比示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的描述如圖3所示，以YBa2Cu3O7-X薄膜樣品材料做傳感器，該雙傳感器電路包括一電阻型氣體傳感器A，在該傳感器A上並聯有另一電阻型氣體傳感器B，在該實施例中，一個YBa2Cu3O7-X薄膜樣品材料傳感器起到兩個傳感器的作用，氣體傳感器B上串連有一固定電阻R，該固定電阻R的電阻值遠遠氣體傳感器B最大工作電阻；如圖4，標定氣體1為氧氣，標定氣體2為氮氣，氣體傳感器B在氮氣中的電阻值即最大工作電阻為200歐姆，固定電阻R的阻值分別取100歐姆、500歐姆、4000歐姆時，靈敏度分別為100、240和350，由實驗可知串連的固定電阻R的阻值越大，則該雙傳感器電路的靈敏度就越高；如圖5所示，電阻值為2000歐姆、4000歐姆、8000歐姆甚至更大，當固定電阻R與氣體傳感器B最大工作電阻的比值超過一定比例時，即使繼續增大電阻值，靈敏度的增加也不明顯，而是趨於一飽和值，由實驗可知固定電阻R的電阻值是電阻型氣體傳感器B最大工作電阻的10-30倍時效果較好，固定電阻R的電阻值與其連接的電阻型氣體傳感器B最大工作電阻阻值的最佳比例為20∶1。
權利要求
1.一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路，其特徵在於在電阻型氣體傳感器A上並聯有另一電阻型氣體傳感器B和與其連接的固定電阻R；所述的固定電阻R的電阻值是電阻型氣體傳感器B的最大工作電阻的10-30倍。
2.如權利要求1所述的一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路，其特徵在於固定電阻R的電阻值與其連接的電阻型氣體傳感器B的最大工作電阻阻值的最佳比例為20∶1。
全文摘要
本發明公開了一種提高電阻型氣體傳感器靈敏度的雙傳感器電路，是在電阻型氣體傳感器A上並聯有另一電阻型氣體傳感器B和與其連接的固定電阻R，該固定電阻R的電阻值遠遠大於電阻型氣體傳感器B的最大工作電阻，一般是其最大工作電阻阻值的10－30倍，本發明可大大提高電阻型氣體傳感器靈敏度，靈敏度的大小約為兩個傳感器靈敏度的乘積，且不影響傳感器的響應時間和恢復時間，可廣泛用於檢測、報警、監控等對靈敏度要求較高的電路中。
文檔編號G01N27/12GK1488935SQ0312634
公開日2004年4月14日 申請日期2003年9月5日 優先權日2003年9月5日
發明者胡行, 朱志立, 田國勳, 盧紅霞, 楊德林, 胡 行 申請人:鄭州大學