不懂傳感器技術(shù)??氣體傳感器技術(shù)闡述

傳感器技術(shù)雖然存在不同，但傳感器技術(shù)的原理大多相通。前面的文章中，小編對(duì)光電傳感器技術(shù)有所介紹。本文中，小編將對(duì)氣體傳感器技術(shù)予以講解。如果你對(duì)傳感器技術(shù)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、前言

從技術(shù)的角度分類，氣體傳感器主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、PID氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器等。

半導(dǎo)體氣體傳感器適用面廣，簡(jiǎn)單易用，在家用燃?xì)鈾z測(cè)、禮品、智能家電等領(lǐng)域大量應(yīng)用，是目前氣體傳感器中應(yīng)用最為廣泛的品種。電化學(xué)氣體傳感器非常適合低濃度毒性氣體檢測(cè)，以及氧氣和酒精等無毒氣體的檢測(cè)，目前主要應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域以及道路交通安全檢測(cè)領(lǐng)域。催化燃燒式氣體傳感器適用于可燃?xì)怏w檢測(cè)，主要在煤礦領(lǐng)域檢測(cè)瓦斯使用。紅外氣體傳感器適用于檢測(cè)甲烷、二氧化碳等氣體，在目前的實(shí)際應(yīng)用中以二氧化碳產(chǎn)品應(yīng)用居多，主要應(yīng)用在暖通空調(diào)與室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控、工業(yè)過程及安全防護(hù)監(jiān)控、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。PID傳感器則主要用于極低濃度的揮發(fā)性氣體檢測(cè)(VOC)。

二、半導(dǎo)體氣體傳感器

自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問世以來,半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用最普遍、最具有實(shí)用價(jià)值的一類氣體傳感器，根據(jù)其氣敏機(jī)制又可以分為電阻式和非電阻式兩種。

電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器，是一種用金屬氧化物薄膜(例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等)制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對(duì)氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠理想、功率要求高。

非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是二極管式以及場(chǎng)效應(yīng)管式(MOSFET)半導(dǎo)體氣體傳感器。其工作電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測(cè)氫和天然氣等可燃性氣體。其中，MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)與催化金屬(如鈕)接觸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到MOSFET的柵極，改變了器件的性能。通過分析器件性能的變化而識(shí)別VOC。通過改變催化金屬的種類和膜厚可優(yōu)化靈敏度和選擇性，并可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高，但制作工藝比較復(fù)雜，成本高。

三、電化學(xué)型氣體傳感器

電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測(cè)電流來檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測(cè)缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來，又開發(fā)了檢測(cè)酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器?？煽仉娢浑娊馐絺鞲衅魇峭ㄟ^測(cè)量電解時(shí)流過的電流來檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測(cè)CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測(cè)血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測(cè)氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過測(cè)量離子極化電流來檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)氣體的靈敏度高、選擇性好。

四、光學(xué)式氣體傳感器

光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測(cè)量和分析紅外吸收峰來檢測(cè)氣體。這類傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測(cè)試分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能。

光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有活性物質(zhì)的玻璃光纖。活性物質(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)VOC與熒光染料發(fā)生作用時(shí)，染料極性發(fā)生變化，使其熒光發(fā)射光譜發(fā)生位移。用光脈沖照射傳感器時(shí)，熒光染料會(huì)發(fā)射不同頻率的光，檢測(cè)熒光染料發(fā)射的光，可識(shí)別VOC。

五、PID氣體傳感器

PID(Photo Ionization Detector)光離子傳感器PID利用紫外光源將被測(cè)氣體激發(fā)電離產(chǎn)生正、負(fù)離子。這些電離的微粒產(chǎn)生的電流經(jīng)過檢測(cè)器的放大，就能在儀表上顯示ppm級(jí)的濃度。這些離子經(jīng)過電極后很快就重新組合到一起變成原來的有機(jī)分子。在此過程中分子不會(huì)有任何損壞;PID不會(huì)“燒毀”也不用經(jīng)常更換標(biāo)樣氣體，這樣一來，經(jīng)過PID檢測(cè)的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測(cè)定。

PID氣體探測(cè)器能夠檢測(cè)極低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和其它有毒氣體。尤其是對(duì)VOC的靈敏檢測(cè)使其在應(yīng)急事故檢測(cè)中具有無可替代的作用。

六、催化燃燒式氣體傳感器

催化燃燒式傳感器的工作原理是氣敏材料(如Pt電熱絲等)在通電狀態(tài)下，可燃性在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。這種傳感器對(duì)不燃燒氣體不敏感，因而可以專門檢測(cè)各種可燃?xì)怏w，普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)。

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