0 导言
近年来，空气质量监测越来越遭到人们的注重，国内外的很多企业与研讨机构在气体传感器研制范畴取得了长足进步，现在气体传感器正向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速开展。日本FIGARO公司开发出产的系列半导体气体传感器代表了现在气体传感器范畴最新的水平，为研讨开发空气质量监测体系发明了有利条件，供应了一条简略而有用的途径。
1 半导体气敏传感器及其特性
半导体气敏传感器是运用待测气体与半导体（主要是金属氧化物）外表触摸时，发生的电导率等物性改变来检测气体。半导体气敏器材被加热到安稳状况下，当气体触摸器材外表而被吸附时，吸附分子首先在外表自由地分散（物理吸附），失掉其运动能量，其间的一部分分子蒸腾，残留分子发生热分化而固定在吸附处（化学吸附）。这时，假如器材的功函数小于吸附分子的电子亲和力，则吸附分子将从器材攫取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体最典型的是O2，称为氧化型气体或电子接纳性气体。假如器材的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器材开释电子，而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等，称为还原型气体或电子供应性气体。
现在可用于检测气体的活络元件有很多种，如 SnO2，ZnO，Fe2O3和气敏元件等。它们一起的特色是可以检测多种不同的气体，但对气体的挑选性较差。这种非单一挑选性是由其活络机理所决议的，尽管可以选用添加适量的宝贵金属Pt、Pd等办法改进其挑选性，但仍然会对其它气体有必定的活络度。
2 半导体空气质量传感器TGS2600
2.1 TGS2600 构成和作业原理
空气传感器是半导体气敏传感器中的一种，它结构简略，由传感器基板，气敏元件和传感器盖帽组成。气敏元件由一个以金属铝做衬底的金属氧化物活络芯片和一个完好的加热器组成。运用加热器加热，以侦测气体附着于金属氧化物外表而发生的电阻值的改变。在检测气体时，传感器的传导率依靠于空气中气体浓度的改变。在方针气体不存在的状况下，很多附着的空气中的O2会捕捉电子，而呈现出高阻状况;相反的，若有方针气体存在，则因为会与氧发生一种焚烧反映，自由电子的量添加，而电阻值则下降。用一个丈量电路能将该传导率的改变转化成对应于气体浓度改变的输出信号。
TGS2600是日本FIGARO公司开发出产的一种新式半导体气体传感器，可以活络地感知空气中的低浓度污染物的异味，如空气中的低浓度卷烟污染物和其它异味，对H2、CO等有较高的活络度。该传感器能检测到几个ppm级H2含量。TGS2600具有成本低、体积小、寿命长、挑选性和安稳性好等特性，可广泛用于空气质量监测、主动通风换气体系、空气新鲜机和气流操控设备中。该器材比较适合于在室温下长期通电接连作业。因为选用小型化芯片，TGS2602传感器的加热器所需电流仅为42mA，而且安顿于规范TO-5封装中。
2.2 TGS2600传感器根本丈量电路
传感器根本丈量电路如图1所示。此传感器要求有两个电压输入：加热器电压VH和电路电压VC。加热器电压VH加于集成加热器上以坚持传感器在一个特定的最佳感应温度。电路电压VC被加载以便于丈量与气敏元件串联的负载电阻电压Vout。此传感器有极性所以电路电压VC有必要是直流。可以用一个公共的电源来一起供应VH和VC以满意传感器的电气需求。合理挑选负载电阻RL使报警门限电压最优化，并使半导体传感器功耗小于15mw。当方针气体存在时，传感器功耗在RS与RL持平时最大。
图1 传感器根本丈量电路
2.3 TGS2600传感器活络度特性
2.3.1 典型活络度特性曲线
典型活络度特性如图2所示，一切数据都收集于规范测验条件下，Y轴标明传感器活络度，即电阻比RS/R0 。其间RS为传感器在不同气体浓度下的阻值;R0 为传感器在新鲜空气中的阻值。
图2 典型活络度特性曲线
2.3.2 TGS2600传感器典型温度、湿度依靠特性曲线
典型的温度、湿度依靠特性如图3所示。相同，Y轴标明传感器活络度（电阻比）RS/R0，其间RS为新鲜空气中的传感器在不同温、湿度条件下的阻值;R0为新鲜空气中的传感器在20℃及65%相对湿度下的阻值。
图3 典型温度、湿度依靠特性曲线
3、TGS2600传感器的典型运用
3.1 试验电路
剖析和处理传感器输出信号一般有两种计划可供挑选：一是运用FIGARO公司开发的专用模块—空气质量操控板AM-1，其上载有一款专用的微处理器（ FIC93619A），它包括有处理传感器信号的特别软件，还带有温度和湿度补偿，给空气质量监测供应了一种新的简略的手法;二是选用其它类型的微处理器并经过编程完成信号处理。空气质量操控板AM-1的结构图如图4中虚线框所示。
图4 AM-1的结构框图及试验电路
AM-1便是一个污染监控器，它让用户在最短的时刻了解和感遭到TGS2600传感器在空气质量监测中的高活络度及其优异的体现，它可以对室内空气的反常作出与人的感觉相似的反映，乃至可以比人更活络。AM-1能在50m3的室内精确地感知到一只卷烟的焚烧所带来的改变。它杰出的活络度是经过电阻的改变而取得的。AM-1分四个等级来评价室内的污染程度，这可以经过5个不同色彩的发光二极管来指示。传感器信号经微处理器处理后作出判别，将空气质量分红4个等级。如表1所示。一起这几个输出信号可以操控空气新鲜机的动作，让它停机、弱运转、中运转或强运转，以此来到达调理和新鲜空气的意图。这一系列的操作和人的主意十分共同。在AM-1上规划有一个活络度开关，有“H”和“L”可供挑选，可依照需求和运用场合而设定。
表1：指示灯与污染等级
3.2 试验成果
将AM-1固定在一个空间为1 m3的测验箱中，箱中安顿有摄像头和排气孔，箱子的四周开有玻璃的观察窗。上电往后，要预热3分钟，这时绿灯闪耀。假如空气质量好，绿灯亮。运用图4的试验电路，将传感器的输出信号送入NR2000收集器，再经过USB接口送入计算机。在箱中别离焚烧纸、布、塑料、尼龙和卷烟等资料，测验出的数据标明TGS2600活络度高，区分度好，很好的反映出了不同物质焚烧前、焚烧中、焚烧后各个阶段发生烟雾和气味的状况。图5所示为用焚烧棉布（10＊10cm）和毛织物（10＊10cm）测出的数据所制作的波形图。
图5 传感器输出电压波形图
4 定论
由以上试验可知， TGS2600空气质量传感器可以很好的感知空气中的污染物的异味，十分活络地监测空气质量的改变。与其它空气传感器比较，TGS2600在活络度和安稳性方面有很大的优越性，具有成本低、体积小、寿命长、价格低廉、安稳性好等特色。TGS2600为空气质量的监测和通风换气设备等供应了便利牢靠的办法。跟着经济的开展和人民生活水平的进步，人们对环保问题越来越注重，特别是对室内空气质量的监测也日益重视，所以对空气传感器的开发研讨和归纳运用是一项燃眉之急的课题，必将成为往后备受瞩意图运用研讨范畴。
