氣體傳感器原理

氣體傳感器原理（2007-10-2514:56:38）轉(zhuǎn)載◎標(biāo)簽:知識(shí)/探索氣體檢測儀的關(guān)鍵部件是氣體傳感器。氣體傳感器從原理上可以分為三大類:A、利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式（表面控制型、體積控制型、表面電位型）、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。B、利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。C、利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。根據(jù)危害，我們將有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類。由于它們性質(zhì)和危害不同，其檢測手段也有所不同。1.可燃?xì)怏w可燃?xì)怏w是石油化工等工業(yè)場合遇到最多的危險(xiǎn)氣體，它主要是烷烴等有機(jī)氣體和某些無機(jī)氣體：如一氧化碳等。可燃?xì)怏w發(fā)生爆炸必須具備一定的條件，那就是：一定濃度的可燃?xì)怏w，一定量的氧氣以及足夠熱量點(diǎn)燃它們的火源，這就是爆炸三要素（如上左圖所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是說，缺少其中任何一個(gè)條件都不會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。當(dāng)可燃?xì)怏w（蒸汽、粉塵）和氧氣混合并達(dá)到一定濃度時(shí)，遇具有一定溫度的火源就會(huì)發(fā)生爆炸。我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，簡稱爆炸極限，一般用%表示。實(shí)際上，這種混合物也不是在任何混合比例上都會(huì)發(fā)生爆炸而要有一個(gè)濃度范圍。如上右圖所示的陰影部分。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度低于LEL（最低爆炸限度）時(shí)（可燃?xì)怏w濃度不足）和其濃度高于UEL（最高爆炸限度）時(shí)（氧氣不足）都不會(huì)發(fā)生爆炸。不同的可燃?xì)怏w的LEL和UEL都各不相同，這一點(diǎn)在標(biāo)定儀器時(shí)要十分注意。為安全起見，一般我們應(yīng)當(dāng)在可燃?xì)怏w濃度在LEL的25%或以下和50%時(shí)發(fā)出警報(bào)，這里，25%LEL稱作低限報(bào)警，而50%LEL稱作高限報(bào)警。這也就是我們將可燃?xì)怏w檢測儀又稱作LEL檢測儀的原因。需要說明的是，LEL檢測儀上顯示的100%不是可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到氣體體積的100%，而是達(dá)到了LEL的100%，即相當(dāng)于可燃?xì)怏w的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=5%體積濃度（VOL）。檢測可燃性氣體可使用半導(dǎo)體、催化燃燒式（抗中毒型）、熱傳導(dǎo)式和紅外式傳感器。2.有毒氣體的檢測目前，對(duì)于特定的有毒氣體的檢測，我們使用最多的是專用氣體傳感器。檢測毒氣的傳感器主要有半導(dǎo)體式，電化學(xué)式和電解電池式三種。定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等半導(dǎo)體式傳感器的靈敏度高，分辨率低。此種原理的傳感器幾乎已被淘汰，用戶在選用此種傳感器時(shí)要極為慎重。電解電池式傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢，測量電動(dòng)勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。如測量H2S的YST-AU-WO3、測量NH3的NH+4CaCO3等。電化學(xué)式傳感器是目前被廣泛應(yīng)用的檢測毒氣的傳感器。它利用氧化還原反應(yīng)，通過不同的電解質(zhì)可檢測幾十種有毒氣體。根據(jù)電解質(zhì)的質(zhì)量，其壽命一般為2~4年。電化學(xué)傳感器的構(gòu)成是：將兩個(gè)反應(yīng)電極--工作電極和對(duì)電極以及一個(gè)參比電極放置在特定電解液中（如上圖如示），然后在反應(yīng)電極之間加上足夠的電壓，使透過涂有重金屬催化劑

薄膜的待測氣體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，再通過儀器中的電路系統(tǒng)測量氣體電解時(shí)產(chǎn)生的電流，然后由其中的微處理器計(jì)算出氣體的濃度。目前，電化學(xué)傳感器是被廣泛應(yīng)用的檢測無機(jī)有毒氣體的傳感器，可以檢測到特定氣體的電化學(xué)傳感器包括：一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、氯氣、氰氫酸、環(huán)氧乙烷、氯化氫等等。3.揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測還有一種光離子化檢測器（photo-ionizationdetector簡稱PID）,它可以測量低至ppm（并萬分之一）的有機(jī)有毒氣體和蒸氣濃度。PID可以檢測大多數(shù)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatileorganiccompound，簡稱VOC），簡單地講，PID可以測量含碳數(shù)從1（比如，CH2Cl2）—直到10（比如萘）的揮發(fā)性有機(jī)化合物。PID可用于各類使用、生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸各類有機(jī)化合物企業(yè)的安全衛(wèi)生。同時(shí)，它也可以用于環(huán)保行業(yè)的應(yīng)急事故、工業(yè)衛(wèi)生咨詢、公安檢查、防化等等各個(gè)領(lǐng)域。4.氣檢測儀4.氣檢測儀氧氣也是在工業(yè)環(huán)境中，尤其是密閉環(huán)境中需要十分注意因素。一般我們將氧氣含量超過23.5%稱為氧氣過量