氣體檢測儀的原理是怎么樣的？

氣體檢測儀是一種利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術(shù)而研發(fā)的氣體傳感器。儀器采用隔膜式設計，使用應變片，應變片粘接或擴散到其中，在壓力引起的應變下，電阻值會(huì )發(fā)生變化。

在電容技術(shù)中，壓力隔膜是電容器的單板，在壓力引起的位移下改變其值。壓電效應是氣體檢測儀的主要工作原理，氣體檢測儀不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。

實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應力。

壓阻效應

當力作用于硅晶體時(shí)，晶體的晶格產(chǎn)生變形,使載流子從一個(gè)能谷向另一個(gè)能谷散射,引起載流子的遷移率發(fā)生變化，擾動(dòng)了載流子縱向和橫向的平均量，從而使硅的電阻率發(fā)生變化。這種變化隨晶體的取向不同而異，因此硅的壓阻效應與晶體的取向有關(guān)。

硅的壓阻效應不同于金屬應變計，前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化（應變），而且前者的靈敏度比后者大50～100倍。

壓阻式氣體檢測儀結構

壓阻式氣體檢測儀采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上,制成硅壓阻芯片，并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內，引出電極引線(xiàn)。

壓阻式氣體檢測儀又稱(chēng)為固態(tài)氣體檢測儀，它不同于粘貼式應變計需通過(guò)彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過(guò)硅膜片感受被測壓力的。硅膜片的一面是與被測壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。硅膜片一般設計成周邊固支的圓形，直徑與厚度比約為20～60。

在圓形硅膜片(N型)定域擴散4條P雜質(zhì)電阻條,并接成全橋，其中兩條位于壓應力區，另兩條處于拉應力區，相對于膜片中心對稱(chēng)。硅柱形敏感元件也是在硅柱面某一晶面的一定方向上擴散制作電阻條，兩條受拉應力的電阻條與另兩條受壓應力的電阻條構成全橋。

氣體檢測儀中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的居里點(diǎn)）。

氣體檢測儀主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(cháng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。

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