一文讀懂氣體傳感器的特性、分類與應用-設計應用

精品文檔-下載后可編輯一文讀懂氣體傳感器的特性、分類與應用-設計應用氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉化成對應電信號的轉換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調理，通常包括濾除雜質和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分從工作原理、特性分析到測量技術，從所用材料到制造工藝，從檢測對象到應用領域，都可以構成獨立的分類標準，衍生出一個個紛繁龐雜的分類體系，尤其在分類標準的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要對其進行嚴格的系統(tǒng)分類難度頗大。接下來了解一下氣體傳感器的主要特性：氣體傳感器的特性1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內基本響應的穩(wěn)定性，取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時，整個工作時間內傳感器輸出響應的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標氣體中的輸出響應變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內的降低。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于10%。2、靈敏度靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結構所使用的技術。大多數(shù)氣體傳感器的設計原理都采用生物化學、電化學、物理和光學。首先要考慮的是選擇一種敏感技術，它對目標氣體的閥限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。3、選擇性選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應來確定。這個響應等價于一定濃度的目標氣體所產(chǎn)生的傳感器響應。這種特性在追蹤多種氣體的應用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復性和可靠性，理想傳感器應具有高靈敏度和高選擇性。4、抗腐蝕性抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分數(shù)目標氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應能夠承受期望氣體體積分數(shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應盡可能小。氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達到。氣體傳感器的分類半導氣體傳感器這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據(jù)其機理分為電導型和非電導型，電導型中又分為表面型和容積控制型。（1）SnO2半導體是典型的表面型氣敏元件，其傳感原理是SnO2為n型半導體材料。當施加電壓時，半導體材科溫度升高，被吸附的氧接受了半導體中的電子形成了O2或O2原性氣體H2、CO、CH4存在時，使半導體表面電阻下降，電導上升，電導變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導體，氧化性氣體使電導下降，對O2敏感。ZnO半導體傳感器也屬于此種類型。半導體氣體傳感器a.電導型的傳感器元件分為表面敏感型和容積控制型，表面敏感型傳感材料為SnO2+Pd、ZnO十Pt、AgO、V205、金屬酞青、Pt—SnO2。表面敏感型氣體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體C0、NO2、氟利昂。傳感材料Pt—SnO2的氣體傳感器可檢測氣體為可燃性氣體CO、H2、CH4。b.容積控制型傳感材料為Fe2O8、la1-SSrxCOO8和TiO2、CoO-MgO—SnO2體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2氟利昂。。傳感材料Pt—SnO2容積控制型半導體氣體傳感器可檢測氣體為液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐氣尾氣。（2）容積控制型的是晶格缺陷變化導致電導率變化，電導變化與氣體濃度成比例關系。Fe2O8、TiO2屬于此種，對可燃性氣體敏感。（3）熱線性傳感器，是利用熱導率變化的半導體傳感器，又稱熱線性半導體傳感器，是在Pt絲線圈上涂敷SnO2層，Pt絲除起加熱作用外，還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱，表面吸氧，使自由電子濃度下降，可燃性氣體存在時，由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大，導熱率隨自由電子濃度增加而增大，散熱率相應增高，使Pt絲溫度下降，阻值減小，Pt絲阻值變化與氣體濃度為線性關系。這種傳感器體積小、穩(wěn)定、抗毒，可檢測低濃度氣體，在可燃氣體檢測中有重要作用。（4）非電導型的FET場效應晶體管氣體傳感器，Pd—FET．場效應晶體管傳感器，利用Pd吸收Hz并擴散達到半導體Si和Pd的界面，減少Pd的功函，這種對H2、CO敏感。非電導型FET場效應晶體管氣體傳感器體積小，便于集成化，多功能，是具有發(fā)展前途的氣體傳感器。固體電解質氣體傳感器這種傳感器元件為離子對固體電解質隔膜傳導，稱為電化學池，分為陽離子傳導和陰離子傳導，是選擇性強的傳感器，研究較多達到實用化的是氧化鋯固體電解質傳感器，其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩(wěn)定的氧化鉻固體電解質傳感器已成功地應用于鋼水中氧的測定和發(fā)動機空燃比成分測量等。為彌補固體電解質導電的不足，近幾年來在固態(tài)電解質上鍍一層氣敏膜，把圍周環(huán)境中存在的氣體分子數(shù)量和介質中可移動的粒子數(shù)量聯(lián)系起來。接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣H2、CO、CH4的檢測?？扇細怏w接觸表面催化劑Pt、Pd時燃燒、破熱，燃燒熱與氣體濃富有關。這類傳感器的應用面廣、體積小、結構簡單、穩(wěn)定性好，缺點是選擇性差。電化學氣體傳感器電化學方式的氣體傳感器常用的有兩種（1）恒電位電解式傳感器是將被測氣體在特定電場下電離，由流經(jīng)的電解電流測出氣體濃度，這種傳感器靈敏度高，改變電位可選擇的檢洌氣體，對毒性氣體檢測有重要作用。（2）原電池式氣體傳感器在KOH電解質溶液中，Pt—Pb或Ag—Pb電極構成電池，已成功用于檢測O2，其靈敏度高，缺點是透水逸散吸潮，電極易中毒。光學氣體傳感器（1）直接吸收式氣體傳感器紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學氣體傳感器，是根據(jù)氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分，非分散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有較高的靈敏度。另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關分光、二次導數(shù)、自調制光吸收法對NO、NO2、SO2、烴類（CH4）等氣體具有較高的靈敏度。（2）光反應氣體傳感器光反應氣體傳感器是利用氣體反應產(chǎn)生色變引起光強度吸收等光學特性改變，傳感元件是理想的，但是氣體光感變化受到限制，傳感器的自由度小。（3）氣體光學特性的新傳感器光導纖維溫度傳感器為這種類型，在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應、發(fā)熱。溫度改變，導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實用化程度，檢測氣體也是成功的。此外，利用其它物理量變化測量氣體成分的傳感器在不斷開發(fā)，如聲表面波傳感器檢測SO2、NO2、H2S、NH3、H2等氣體也有較高的靈敏度。選用技巧有害氣體檢測的氣體傳感器的一大作用，有害氣體的檢測有兩個目的，是測爆，第二是測毒。所謂測爆是檢測危險場所可燃氣含量，超標報警，以避免爆炸事故的發(fā)生;測毒是檢測危險場所有毒氣體含量，超標報警，以避免工作人員中毒。有害氣體有三種情況、無毒或低毒可燃，第二、不燃有毒，第三、可燃有毒。針對這三種不同的情況，一般我們選擇傳感器需要選擇不同的氣體傳感器。例如測爆選擇可燃氣體檢測報警儀，測毒選擇有毒氣體檢測報警儀等。其次我們需要選擇氣體傳感器的類型，一般有固定式和便攜式。生產(chǎn)或貯存崗位長期運行的泄漏檢測選用固定式氣體傳感器;其他象檢修檢測、應急檢測、進入檢測和巡回檢測等選用便攜式氣體傳感器。氣體傳感器類型有成百上千種，針對不同的氣體傳感器可能有不同的選用技巧，客戶在選擇氣體傳感器的時候如果自己不是很清楚可以咨詢傳感器廠家的技術人員，讓他們?yōu)槟氵x擇合適的氣體傳感器，或者請傳感器技術人員上面勘察以便更好的選擇氣體傳感器。氣體傳感器的應用應用于建設環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)。氣體傳感器在有毒、可燃、易爆、二氧化碳等氣體探測領域有著廣泛的應用，環(huán)境問題一直是全國乃至全世界關心的話題之一，人類賴以生存的環(huán)境一直在遭受著嚴重的破壞，如何保護環(huán)境就需要建立環(huán)境監(jiān)管機制，建設物聯(lián)網(wǎng)成為必要，而氣體傳感器作為環(huán)境檢測的必備傳感器將有助于建設環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)和基礎的環(huán)節(jié)，是各種信息和人工智能的橋梁，其