在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制，例如化工生产中气体成分的检测与控制、环境污染情况的监测、煤气泄漏、火灾报警、燃烧情况的检测与控制等，这些检测和控制大多依靠气敏电阻器来实现。

一、气敏电阻的简介

气敏电阻器（gas sensitive resistor）的型号为 MQ 系列，是一种对特殊气体敏感的元件，它可以将被测气体的浓度和成分信号转变为相应的电信号，广泛应用于各种可燃气体、有害气体及烟雾等方面的检测及自动控制。气敏电阻可以把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，再转换成电流、电压信号，实际上可以说是气敏传感器；它利用某些半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应制成，主要成分是金属氧化物。

图 1　MQ 系列气敏电阻

二、气敏电阻的原理

气敏电阻是一种半导体敏感器件，它利用气体的吸附使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测。金属氧化物在常温下是绝缘体，制成半导体后却显示气敏特性，其机理比较复杂；但这种气敏元件接触气体时，由于表面吸附气体致使电阻率发生明显的变化却是肯定的。这种对气体的吸附可分为物理吸附和化学吸附：在常温下主要是物理吸附，是气体与气敏材料表面上分子的吸附，它们之间没有电子交换、不形成化学键；若气敏电阻温度升高，化学吸附增加，在某一温度时达到最大值；化学吸附是气体与气敏材料表面建立离子吸附，它们之间有电子的交换、存在化学键力；若气敏电阻的温度再升高，由于解吸作用，两种吸附同时减小。

例如用氧化锡（SnO₂）制成的气敏电阻，在常温下吸附某种气体后其电阻率变化不大，表明此时是物理吸附；若保持这种气体浓度不变，该元件的电导率随元件本身温度的升高而增加，尤其在 100～300 ℃ 范围内电导率变化很大，表明此温度范围内化学吸附作用大。

图 2　气敏元件特性曲线

气敏元件工作时需要本身的温度比环境温度高很多，为此气敏元件在结构上要有加热器，通常用电阻丝加热。

三、气敏电阻的材料

气敏电阻的材料是金属氧化物，制作上通过化学计量比的偏离与杂质缺陷制成。金属氧化物半导体分为 N 型半导体（如 SnO₂、Fe₂O₃ 等）和 P 型半导体（如 CoO、PbO 等）。为了提高某种气敏电阻对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成这些材料时还掺入催化剂，如钯（Pd）、铂（Pt）等。

四、气敏电阻的分类

气敏电阻根据加热的方式可分为直热式和旁热式两种。直热式加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；直热式消耗功率大、稳定性较差，故应用逐渐减少。旁热式以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成；旁热式性能稳定、消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，其应用面较广。

以 SnO₂ 气敏元件为例，它是由 0.1～10 μm 的晶体集合而成，这种晶体作为 N 型半导体工作，在正常情况下处于氧离子缺位的状态：当遇到离解能较小且易于失去电子的可燃性气体分子时，电子从气体分子向半导体迁移，半导体的载流子浓度增加，因此电导率增加；而对于 P 型半导体来说，它的晶格是阳离子缺位状态，当遇到可燃性气体时其电导率则减小。

SnO₂ 在室温下虽能吸附气体，但其电导率变化不大；当温度增加后，电导率就发生较大的变化，因此气敏元件在使用时需要加温。此外，在气敏元件的材料中加入微量的铅、铂、金、银等元素以及一些金属盐类催化剂，可以获得低温时的灵敏度，也可增强对气体种类的选择性。