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氣體傳感器及其發(fā)展一、本文概述氣體傳感器是一種能夠檢測(cè)并響應(yīng)特定氣體存在或濃度的裝置,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全、醫(yī)療診斷、食品生產(chǎn)和家居智能等眾多領(lǐng)域。隨著科技進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升,氣體傳感器的重要性日益凸顯。本文旨在全面介紹氣體傳感器的基本概念、分類、工作原理以及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用,并深入探討氣體傳感器技術(shù)的最新進(jìn)展和未來發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)氣體傳感器技術(shù)的深入剖析,本文旨在為讀者提供一個(gè)清晰、全面的視角,以理解這一領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)和潛在價(jià)值。二、氣體傳感器的基本原理氣體傳感器是一種用于檢測(cè)氣體種類、濃度和成分等信息的裝置。其基本原理主要基于氣體分子與目標(biāo)傳感器材料之間的相互作用,包括物理吸附、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等。這些相互作用會(huì)導(dǎo)致傳感器材料的電學(xué)、光學(xué)或熱學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)。在物理吸附原理中,氣體分子通過范德華力等物理作用吸附在傳感器材料表面,導(dǎo)致材料的電導(dǎo)率、電容或電阻等參數(shù)發(fā)生變化。這種原理適用于檢測(cè)一些非極性氣體,如氧氣、氮?dú)獾??;瘜W(xué)吸附原理則涉及氣體分子與傳感器材料之間的化學(xué)鍵合作用。氣體分子通過與材料表面的活性位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成化學(xué)鍵合產(chǎn)物,從而改變材料的電學(xué)或光學(xué)性質(zhì)。這種原理對(duì)于檢測(cè)一些具有化學(xué)活性的氣體,如二氧化碳、硫化氫等,具有較高的靈敏度和選擇性。電化學(xué)反應(yīng)原理則是指氣體分子在傳感器材料表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致電流或電位的變化。這種原理常用于檢測(cè)一些具有電化學(xué)活性的氣體,如氫氣、一氧化碳等。電化學(xué)反應(yīng)原理通常具有較高的靈敏度和快速響應(yīng)能力。還有一些基于光學(xué)原理的氣體傳感器,如光譜傳感器和熒光傳感器等。這些傳感器利用氣體分子對(duì)光的吸收、反射或熒光等性質(zhì)的影響,實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)。這些光學(xué)傳感器通常具有較高的精度和穩(wěn)定性。氣體傳感器的基本原理涵蓋了物理吸附、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)和光學(xué)原理等多個(gè)方面。不同類型的傳感器具有各自的特點(diǎn)和適用范圍,在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求選擇合適的傳感器類型和原理。三、常見的氣體傳感器類型氣體傳感器是檢測(cè)氣體種類和濃度的關(guān)鍵設(shè)備,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步,氣體傳感器的種類和性能也在不斷提升。下面,我們將介紹幾種常見的氣體傳感器類型。電化學(xué)氣體傳感器:這種傳感器通過測(cè)量氣體在電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)來檢測(cè)氣體的存在和濃度。它們通常用于檢測(cè)有毒或可燃?xì)怏w,如一氧化碳、氫氣等。電化學(xué)氣體傳感器具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在壽命有限、受環(huán)境因素影響大等缺點(diǎn)。光學(xué)氣體傳感器:光學(xué)氣體傳感器利用光譜技術(shù)檢測(cè)氣體。它們通?;诩t外、紫外或可見光光譜,通過測(cè)量氣體對(duì)光的吸收、反射或散射來檢測(cè)氣體濃度。光學(xué)氣體傳感器具有高精度、高選擇性、非接觸性等優(yōu)點(diǎn),特別適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和痕量氣體檢測(cè)。半導(dǎo)體氣體傳感器:半導(dǎo)體氣體傳感器利用半導(dǎo)體材料的電阻變化來檢測(cè)氣體。當(dāng)氣體分子吸附在半導(dǎo)體表面時(shí),會(huì)引起材料電阻的變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)。半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低、體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于家庭和工業(yè)環(huán)境中的氣體檢測(cè)。催化燃燒式氣體傳感器:這種傳感器通過測(cè)量氣體在催化劑作用下燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量來檢測(cè)氣體濃度。它們通常用于檢測(cè)可燃?xì)怏w,如甲烷、丙烷等。催化燃燒式氣體傳感器具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但也存在響應(yīng)速度較慢、易受催化劑中毒等缺點(diǎn)。熱導(dǎo)式氣體傳感器:熱導(dǎo)式氣體傳感器利用氣體熱導(dǎo)率的不同來檢測(cè)氣體。當(dāng)氣體通過傳感器時(shí),會(huì)引起傳感器內(nèi)部熱電阻的變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的檢測(cè)。熱導(dǎo)式氣體傳感器具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于檢測(cè)高純度氣體和混合氣體中的特定成分。不同類型的氣體傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇合適的傳感器類型。隨著材料科學(xué)、納米技術(shù)和等領(lǐng)域的發(fā)展,氣體傳感器的性能和功能還將不斷提升,為環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全等領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支持。四、氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的日益增長(zhǎng),氣體傳感器正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前及未來,氣體傳感器的發(fā)展將主要呈現(xiàn)以下趨勢(shì):微型化與集成化:隨著微納技術(shù)的持續(xù)突破,氣體傳感器的尺寸將進(jìn)一步縮小,實(shí)現(xiàn)微型化。同時(shí),傳感器與微處理器、通信模塊等的高度集成將提升傳感器的整體性能,實(shí)現(xiàn)多功能、一體化的智能傳感器。高精度與高穩(wěn)定性:隨著環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣體監(jiān)測(cè)精度的要求不斷提高,氣體傳感器需要在保證高靈敏度的同時(shí),提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性,減少誤差和漂移。低功耗與長(zhǎng)期可靠性:在物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等應(yīng)用中,低功耗成為氣體傳感器不可或缺的特性。長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行和可靠的性能也是傳感器在惡劣環(huán)境下持續(xù)工作的關(guān)鍵。智能化與網(wǎng)絡(luò)化:氣體傳感器正逐漸融入智能化、網(wǎng)絡(luò)化的大潮中。通過與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警等功能,提升氣體監(jiān)測(cè)的智能化水平。多功能與復(fù)合化:未來的氣體傳感器將不再局限于單一氣體的檢測(cè),而是向著多組分、多功能的方向發(fā)展,同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、壓力等多參數(shù)的測(cè)量,提高監(jiān)測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。新材料與新技術(shù)的探索:隨著新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),氣體傳感器在敏感材料、制備工藝、測(cè)量原理等方面都將有新的突破,推動(dòng)氣體傳感器性能的持續(xù)提升和成本的降低。氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)正朝著微型化、集成化、高精度、高穩(wěn)定性、低功耗、長(zhǎng)期可靠性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化和新材料新技術(shù)探索的方向發(fā)展。隨著這些趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn),氣體傳感器將在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用,為人類的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。五、氣體傳感器在各領(lǐng)域的應(yīng)用氣體傳感器在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,它們被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,從環(huán)境監(jiān)測(cè)到工業(yè)過程控制,再到醫(yī)療健康和公共安全。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,氣體傳感器被用來檢測(cè)大氣中的各種有害氣體,如二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等。這些傳感器的數(shù)據(jù)為環(huán)保部門提供了關(guān)鍵信息,幫助他們了解空氣質(zhì)量狀況,制定有效的環(huán)保政策。氣體傳感器也被用于檢測(cè)溫室氣體排放,為應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供數(shù)據(jù)支持。在工業(yè)領(lǐng)域,氣體傳感器被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)過程的控制和監(jiān)測(cè)。例如,在石油化工行業(yè),氣體傳感器可以檢測(cè)可燃?xì)怏w和有毒氣體的泄漏,從而確保生產(chǎn)安全。在半導(dǎo)體制造過程中,氣體傳感器可以監(jiān)測(cè)氣體成分和濃度,以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。在醫(yī)療健康領(lǐng)域,氣體傳感器被用于監(jiān)測(cè)病人的呼吸氣體成分,如氧氣、二氧化碳等。這些數(shù)據(jù)可以幫助醫(yī)生了解病人的呼吸狀況,為診斷和治療提供依據(jù)。氣體傳感器還被用于監(jiān)測(cè)麻醉氣體的濃度,以確保手術(shù)過程中的病人安全。在公共安全領(lǐng)域,氣體傳感器被用于檢測(cè)各種有害氣體和易燃易爆氣體,如天然氣泄漏、有毒氣體泄漏等。這些傳感器的及時(shí)報(bào)警可以幫助人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患,保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著科技的不斷進(jìn)步,氣體傳感器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。未來,我們可以期待更加精準(zhǔn)、快速、可靠的氣體傳感器問世,為人類社會(huì)帶來更多的便利和安全。六、氣體傳感器面臨的挑戰(zhàn)和解決方案氣體傳感器在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著至關(guān)重要的角色,尤其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。然而,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的日益多樣化,氣體傳感器也面臨著諸多挑戰(zhàn)。氣體傳感器需要具備高精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,以確保在各種環(huán)境下都能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氣體濃度。然而,由于氣體種類的多樣性和復(fù)雜性,以及環(huán)境因素如溫度、濕度的干擾,實(shí)現(xiàn)高精度和穩(wěn)定性成為了一大挑戰(zhàn)。研發(fā)新型材料:通過探索新型敏感材料,提高傳感器的選擇性和靈敏度,降低環(huán)境干擾。算法優(yōu)化:利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理,提高測(cè)量精度。對(duì)于便攜式或遠(yuǎn)程部署的氣體傳感器來說,低功耗和長(zhǎng)續(xù)航能力是至關(guān)重要的。然而,傳統(tǒng)的氣體傳感器往往功耗較高,限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。集成低功耗電子元件:選用低功耗的處理器、傳感器和其他電子元件,減少整體功耗。能量收集技術(shù):研究和發(fā)展太陽(yáng)能、振動(dòng)能等環(huán)境能量收集技術(shù),為傳感器提供持續(xù)供電。氣體傳感器的成本直接影響其市場(chǎng)推廣和應(yīng)用普及。高昂的成本限制了傳感器在某些經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)或資源有限的地區(qū)的應(yīng)用。政策支持與市場(chǎng)推廣:政府可以出臺(tái)相關(guān)政策,鼓勵(lì)傳感器技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn),同時(shí)加大市場(chǎng)推廣力度,提高市場(chǎng)接受度。氣體傳感器面臨著多方面的挑戰(zhàn),但通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)探索,我們有望克服這些挑戰(zhàn),推動(dòng)氣體傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用。七、結(jié)論氣體傳感器作為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的重要組成部分,其發(fā)展與應(yīng)用對(duì)于環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷等多個(gè)領(lǐng)域都具有深遠(yuǎn)的影響。隨著科技的進(jìn)步,氣體傳感器在性能、精度、穩(wěn)定性、可靠性等方面都得到了顯著提升,使得其在各種環(huán)境中都能發(fā)揮出更加出色的性能?;仡櫄怏w傳感器的發(fā)展歷程,我們可以看到其從最初的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展到現(xiàn)在的高度集成化和智能化。新型材料的出現(xiàn),如納米材料、高分子材料等,為氣體傳感器的發(fā)展提供了新的可能。同時(shí),隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展,氣體傳感器正逐步實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的無縫連接,為智能化、自動(dòng)化的生產(chǎn)生活提供了有力支持。然而,盡管氣體傳感器已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步,但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題需要解決。例如,某些氣體傳感器的選擇性和穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步提高,以滿足更加嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。隨著環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的需求日益緊迫,開發(fā)更加環(huán)保、低能耗的氣體傳感器也成為了研究的熱點(diǎn)。展望未來,氣體傳感器的發(fā)展將更加多元化和個(gè)性化。一方面,隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn),氣體傳感器將具有更高的性能和更廣泛的應(yīng)用范圍。另一方面,隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展,氣體傳感器將與其他設(shè)備更加緊密地結(jié)合,實(shí)現(xiàn)更加智能化、自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和控制。氣體傳感器的發(fā)展是一個(gè)不斷進(jìn)步、不斷創(chuàng)新的過程。我們有理由相信,在未來的發(fā)展中,氣體傳感器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮出更加重要的作用,為人類的生產(chǎn)生活帶來更加便捷、安全、環(huán)保的體驗(yàn)。參考資料:氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理,通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置!氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類,盡管這種歸類不一定科學(xué)?!皻怏w傳感器”包括:半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測(cè)量技術(shù),從所用材料到制造工藝,從檢測(cè)對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域,都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系,尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上還沒有統(tǒng)一,要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)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:穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí),整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下,一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點(diǎn)漂移小于10%。靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比,主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù),它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。選擇性也被稱為交叉靈敏度??梢酝ㄟ^測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的,因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性,理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí),探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下,傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)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(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料,使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作,首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?,即使是測(cè)量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理的傳感器更為合適,則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大??;被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求;測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式;信號(hào)的引出方法,有線或是非接觸測(cè)量;傳感器的來源,國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口,價(jià)格能否承受,還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。通常,在傳感器的線性范圍內(nèi),希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí),與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大,有利于信號(hào)處理。但要注意的是,傳感器的靈敏度高,與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入,也會(huì)被放大系統(tǒng)放大,影響測(cè)量精度。因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比,盡量減少?gòu)耐饨缫氲挠跀_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量,而且對(duì)其方向性要求較高,則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測(cè)量是多維向量,則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍,必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件,實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲,希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高,可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬,而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大,因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中,應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過火的誤差。傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講,在此范圍內(nèi),靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上,任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性,其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí),在一定的范圍內(nèi),可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的,這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。紅外氣體傳感器及儀器應(yīng)用廣泛,適用于監(jiān)測(cè)近乎各種易氣體。具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。并在未來逐步成為市場(chǎng)主流。由于正在處于起步階段,技術(shù)壁壘高,市場(chǎng)占有率低,規(guī)?;a(chǎn)程度低,造成成本高,基本在上千元左右。這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%,根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型,電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型。(1)SnO2半導(dǎo)體是典型的表面型氣敏元件,其傳感原理是SnO2為n型半導(dǎo)體材料。當(dāng)施加電壓時(shí),半導(dǎo)體材科溫度升高,被吸附的氧接受了半導(dǎo)體中的電子形成了O2或O2原性氣體HCO、CH4存在時(shí),使半導(dǎo)體表面電阻下降,電導(dǎo)上升,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導(dǎo)體,氧化性氣體使電導(dǎo)下降,對(duì)O2敏感。ZnO半導(dǎo)體傳感器也屬于此種類型。a.電導(dǎo)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、V2O5、金屬酞青、Pt—SnO2。表面敏感型氣體傳感器可檢測(cè)氣體為各種可燃性氣體CO、NO氟利昂。傳感材料Pt—SnO2的氣體傳感器可檢測(cè)氣體為可燃性氣體CO、HCH4。b.容積控制型傳感材料為Fe2O8和TiOCO-MgO—SnO2體傳感器可檢測(cè)氣體為各種可燃性氣體CO、NO氟利昂,傳感材料Pt—SnO2。容積控制型半導(dǎo)體氣體傳感器可檢測(cè)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(dǎo)致電導(dǎo)率變化,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比例關(guān)系。(3)熱線性傳感器,是利用熱導(dǎo)率變化的半導(dǎo)體傳感器,又稱熱線性半導(dǎo)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(cè)溫度變化的功能。施加電壓半導(dǎo)體變熱,表面吸氧,使自由電子濃度下降,可燃性氣體存在時(shí),由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大,導(dǎo)熱率隨自由電子濃度增加而增大,散熱率相應(yīng)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(guān)系。這種傳感器體積小、穩(wěn)定、抗毒,可檢測(cè)低濃度氣體,在可燃?xì)怏w檢測(cè)中有重要作用。(4)非電導(dǎo)型的FET場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣體傳感器,Pd—FET.場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器,利用Pd吸收Hz并擴(kuò)散達(dá)到半導(dǎo)體Si和Pd的界面,減少Pd的功函,這種對(duì)HCO敏感。非電導(dǎo)型FET場(chǎng)效應(yīng)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。這種傳感器元件為離子對(duì)固體電解質(zhì)隔膜傳導(dǎo),稱為電化學(xué)池,分為陽(yáng)離子傳導(dǎo)和陰離子傳導(dǎo),是選擇性強(qiáng)的傳感器,研究較多達(dá)到實(shí)用化的是氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器,其機(jī)理是利用隔膜兩側(cè)兩個(gè)電池之間的電位差等于濃差電池的電勢(shì)。穩(wěn)定的氧化鉻固體電解質(zhì)傳感器已成功地應(yīng)用于鋼水中氧的測(cè)定和發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比成分測(cè)量等。為彌補(bǔ)固體電解質(zhì)導(dǎo)電的不足,近幾年來在固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)中可移動(dòng)的粒子數(shù)量聯(lián)系起來。接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣HCO、CH4的檢測(cè)??扇?xì)怏w接觸表面催化劑Pt、Pd時(shí)燃燒、破熱,燃燒熱與氣體濃富有關(guān)。這類傳感器的應(yīng)用面廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好,缺點(diǎn)是選擇性差。是將被測(cè)氣體在特定電場(chǎng)下電離,由流經(jīng)的電解電流測(cè)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(duì)毒性氣體檢測(cè)有重要作用。在KOH電解質(zhì)溶液中,Pt—Pb或Ag—Pb電極構(gòu)成電池,已成功用于檢測(cè)O2,其靈敏度高,缺點(diǎn)是透水逸散吸潮,電極易中毒。紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學(xué)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(cè)氣體成分,非分散紅外吸收光譜對(duì)SOCO、CONO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(guān)分光、二次導(dǎo)數(shù)、自調(diào)制光吸收法對(duì)NO、NOSO烴類(CH4)等氣體具有較高的靈敏度。光反應(yīng)氣體傳感器是利用氣體反應(yīng)產(chǎn)生色變引起光強(qiáng)度吸收等光學(xué)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。光導(dǎo)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(yīng)、發(fā)熱。溫度改變,導(dǎo)致光纖溫度改變。利用光纖測(cè)溫已達(dá)到實(shí)用化程度,檢測(cè)氣體也是成功的。利用其它物理量變化測(cè)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(cè)SONOH2S、NHH2等氣體也有較高的靈敏度。有害氣體檢測(cè)的氣體傳感器的一大作用,有害氣體的檢測(cè)有兩個(gè)目的,第一是測(cè)爆,第二是測(cè)毒。所謂測(cè)爆是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所可燃?xì)夂?,超?biāo)報(bào)警,以避免爆炸事故的發(fā)生;測(cè)毒是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所有毒氣體含量,超標(biāo)報(bào)警,以避免工作人員中毒。有害氣體有三種情況第無毒或低毒可燃,第不燃有毒,第可燃有毒。針對(duì)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(cè)爆選擇可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀,測(cè)毒選擇有毒氣體檢測(cè)報(bào)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(zhǎng)期運(yùn)行的泄漏檢測(cè)選用固定式氣體傳感器;其他象檢修檢測(cè)、應(yīng)急檢測(cè)、進(jìn)入檢測(cè)和巡回檢測(cè)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(duì)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(shí)候如果自己不是很清楚可以咨詢傳感器廠家的技術(shù)人員,讓他們?yōu)槟氵x擇合適的氣體傳感器,或者請(qǐng)傳感器技術(shù)人員上面勘察以便更好的選擇氣體傳感器。對(duì)氣體傳感器材料的研究表明,金屬氧化物半導(dǎo)體材料ZnO,SiO2,F(xiàn)e2O3等己趨于成熟化,特別是在C比,C2H5OH,CO等氣體檢測(cè)方面。這方面的工作主要有兩個(gè)方向:是利用化學(xué)修飾改性方法,對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理,并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性;是研制開發(fā)新的氣體敏感膜材料,如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料,使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn),已成為研究的熱點(diǎn)。用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng),優(yōu)先使用晶體材料(硅、石英、陶瓷等),采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng),如光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開發(fā)與使用,微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用,氣體傳感器的性能更趨完善,使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視,對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè),對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。應(yīng)用于建設(shè)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(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,環(huán)境問題一直是全國(guó)乃至全世界最關(guān)心的話題之一,人類賴以生存的環(huán)境一直在遭受著嚴(yán)重的破壞,如何保護(hù)環(huán)境就需要建立環(huán)境監(jiān)管機(jī)制,建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)成為必要,而氣體傳感器作為環(huán)境檢測(cè)的必備傳感器將有助于建設(shè)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)最核心和最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié),是各種信息和人工智能的橋梁,其技術(shù)領(lǐng)域中重要門類之一的氣體傳感器,橫跨功能材料、電子陶瓷、光電子元器件、MEMS技術(shù)、納米技術(shù)、有機(jī)高分子等眾多基礎(chǔ)和應(yīng)用學(xué)科。高性能的氣體傳感器能大大提高信息采集、處理、深加工水平,提高實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)事故的準(zhǔn)確性,不斷消除事故隱患,大幅度減少事故特別是重大事故的發(fā)生。能有效實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)察和安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的電子化,變被動(dòng)救災(zāi)為主動(dòng)防災(zāi),使安全生產(chǎn)向科學(xué)化管理邁進(jìn)。隨著環(huán)境的惡化和人類對(duì)生存條件的,氣體傳感器在許多領(lǐng)域變得越來越重要。它們被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域,為我們的生活和工作環(huán)境提供了重要的保障。本文將詳細(xì)介紹氣體傳感器的發(fā)展及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。氣體傳感器是一種檢測(cè)空氣中氣體成分的裝置,它通過測(cè)量氣體成分的反應(yīng)來轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。根據(jù)檢測(cè)氣體的原理,氣體傳感器可分為電化學(xué)、催化燃燒、紅外、光學(xué)等不同類型。這些傳感器具有靈敏度高、選擇性好、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),為我們的生活和工作環(huán)境提供了重要的保障。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,氣體傳感器被廣泛應(yīng)用于有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)和預(yù)警,以確保工人和周邊居民的安全。氣體傳感器也被用于鍋爐和窯爐等設(shè)備的燃燒控制系統(tǒng)中,通過監(jiān)測(cè)煙氣中的氧氣和一氧化碳等成分,控制燃燒過程,減少有害物質(zhì)的排放。在環(huán)保領(lǐng)域,氣體傳感器被廣泛應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測(cè)和預(yù)警。通過監(jiān)測(cè)空氣中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等成分,氣體傳感器可以評(píng)估空氣質(zhì)量,為采取必要的環(huán)保措施提供依據(jù)。氣體傳感器也被用于檢測(cè)泄漏和排放的氣體成分,以防止環(huán)境污染。在醫(yī)療領(lǐng)域,氣體傳感器被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷和疾病預(yù)防。例如,呼氣分析傳感器可以檢測(cè)人體呼出的酒精含量,幫助醫(yī)生診斷是否患有酒精肝等疾病。氣體傳感器也被用于監(jiān)測(cè)病房?jī)?nèi)的空氣成分,以保持病房的空氣質(zhì)量,并為醫(yī)生制定治療方案提供依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,氣體傳感器也在不斷發(fā)展。未來,氣體傳感器將面臨更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。下面就氣體傳感器的未來發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要探討:隨著檢測(cè)氣體的需求越來越多樣化,對(duì)氣體傳感器的靈敏度和選擇性的要求也越來越高。因此,未來氣體傳感器將不斷優(yōu)化其檢測(cè)原理和結(jié)構(gòu),提高其靈敏度和選擇性,以滿足不同領(lǐng)域的需求。智能化和多功能化是未來傳感器發(fā)展的重要趨勢(shì)。未來氣體傳感器將通過引入人工智能等技術(shù),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化檢測(cè)。同時(shí),氣體傳感器也將被開發(fā)成多功能化,例如同時(shí)檢測(cè)多種氣體成分或是同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度等其他環(huán)境參數(shù)。微型化和集成化是未來傳感器的重要發(fā)展方向。隨著微電子技術(shù)和納米技術(shù)的不斷發(fā)展,未來氣體傳感器將變得越來越小,同時(shí)將被集成到微電子芯片上,實(shí)現(xiàn)更高效的檢測(cè)和更便捷的應(yīng)用。降低成本和提高可靠性是未來氣體傳感器發(fā)展的重要方向。隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用需求的擴(kuò)大,未來氣體傳感器的制造成本將逐漸降低,同時(shí)其可靠性也將得到不斷提高,以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。氣體傳感器在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,其發(fā)展對(duì)改善我們的生活和工作環(huán)境具有重要意義。未來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,氣體傳感器將面臨更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。通過不斷提高其靈敏度和選擇性、實(shí)現(xiàn)智能化和多功能化、微型化和集成化以及降低成本和提高可靠性等方面的努力,氣體傳感器的應(yīng)用前景將更加廣闊。氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理,通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置!氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類,盡管這種歸類不一定科學(xué)?!皻怏w傳感器”包括:半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測(cè)量技術(shù),從所用材料到制造工藝,從檢測(cè)對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域,都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系,尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上還沒有統(tǒng)一,要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)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:穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí),整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下,一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點(diǎn)漂移小于10%。靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比,主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù),它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的,因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性,理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí),探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下,傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)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(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料,使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作,首先要考慮采用何種原理的傳感器,這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?,即使是測(cè)量同一物理量,也有多種原理的傳感器可供選用,哪一種原理的傳感器更為合適,則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題:量程的大小;被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求;測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式;信號(hào)的引出方法,有線或是非接觸測(cè)量;傳感器的來源,國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口,價(jià)格能否承受,還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器,然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。通常,在傳感器的線性范圍內(nèi),希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí),與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大,有利于信號(hào)處理。但要注意的是,傳感器的靈敏度高,與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入,也會(huì)被放大系統(tǒng)放大,影響測(cè)量精度。因此,要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比,盡量減少?gòu)耐饨缫氲挠跀_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量,而且對(duì)其方向性要求較高,則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測(cè)量是多維向量,則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍,必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件,實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲,希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高,可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬,而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響,機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大,因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中,應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性,以免產(chǎn)生過火的誤差。傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講,在此范圍內(nèi),靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí),當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上,任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性,其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí),在一定的范圍內(nèi),可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的,這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。紅外氣體傳感器及儀器應(yīng)用廣泛,適用于監(jiān)測(cè)近乎各種易氣體。具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)。并在未來逐步成為市場(chǎng)主流。由于正在處于起步階段,技術(shù)壁壘高,市場(chǎng)占有率低,規(guī)?;a(chǎn)程度低,造成成本高,基本在上千元左右。這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%,根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型,電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型。(1)SnO2半導(dǎo)體是典型的表面型氣敏元件,其傳感原理是SnO2為n型半導(dǎo)體材料。當(dāng)施加電壓時(shí),半導(dǎo)體材科溫度升高,被吸附的氧接受了半導(dǎo)體中的電子形成了O2或O2原性氣體HCO、CH4存在時(shí),使半導(dǎo)體表面電阻下降,電導(dǎo)上升,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導(dǎo)體,氧化性氣體使電導(dǎo)下降,對(duì)O2敏感。ZnO半導(dǎo)體傳感器也屬于此種類型。a.電導(dǎo)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、V2O5、金屬酞青、Pt—SnO2。表面敏感型氣體傳感器可檢測(cè)氣體為各種可燃性氣體CO、NO氟利昂。傳感材料Pt—SnO2的氣體傳感器可檢測(cè)氣體為可燃性氣體CO、HCH4。b.容積控制型傳感材料為Fe2O8和TiOCO-MgO—SnO2體傳感器可檢測(cè)氣體為各種可燃性氣體CO、NO氟利昂,傳感材料Pt—SnO2。容積控制型半導(dǎo)體氣體傳感器可檢測(cè)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(dǎo)致電導(dǎo)率變化,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比例關(guān)系。(3)熱線性傳感器,是利用熱導(dǎo)率變化的半導(dǎo)體傳感器,又稱熱線性半導(dǎo)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(cè)溫度變化的功能。施加電壓半導(dǎo)體變熱,表面吸氧,使自由電子濃度下降,可燃性氣體存在時(shí),由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大,導(dǎo)熱率隨自由電子濃度增加而增大,散熱率相應(yīng)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(guān)系。這種傳感器體積小、穩(wěn)定、抗毒,可檢測(cè)低濃度氣體,在可燃?xì)怏w檢測(cè)中有重要作用。(4)非電導(dǎo)型的FET場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣體傳感器,Pd—FET.場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器,利用Pd吸收Hz并擴(kuò)散達(dá)到半導(dǎo)體Si和Pd的界面,減少Pd的功函,這種對(duì)HCO敏感。非電導(dǎo)型FET場(chǎng)效應(yīng)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。這種傳感器元件為離子對(duì)固體電解質(zhì)隔膜傳導(dǎo),稱為電化學(xué)池,分為陽(yáng)離子傳導(dǎo)和陰離子傳導(dǎo),是選擇性強(qiáng)的傳感器,研究較多達(dá)到實(shí)用化的是氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器,其機(jī)理是利用隔膜兩側(cè)兩個(gè)電池之間的電位差等于濃差電池的電勢(shì)。穩(wěn)定的氧化鉻固體電解質(zhì)傳感器已成功地應(yīng)用于鋼水中氧的測(cè)定和發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比成分測(cè)量等。為彌補(bǔ)固體電解質(zhì)導(dǎo)電的不足,近幾年來在固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)中可移動(dòng)的粒子數(shù)量聯(lián)系起來。接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣HCO、CH4的檢測(cè)??扇?xì)怏w接觸表面催化劑Pt、Pd時(shí)燃燒、破熱,燃燒熱與氣體濃富有關(guān)。這類傳感器的應(yīng)用面廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好,缺點(diǎn)是選擇性差。是將被測(cè)氣體在特定電場(chǎng)下電離,由流經(jīng)的電解電流測(cè)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(duì)毒性氣體檢測(cè)有重要作用。在KOH電解質(zhì)溶液中,Pt—Pb或Ag—Pb電極構(gòu)成電池,已成功用于檢測(cè)O2,其靈敏度高,缺點(diǎn)是透水逸散吸潮,電極易中毒。紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學(xué)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(cè)氣體成分,非分散紅外吸收光譜對(duì)SOCO、CONO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(guān)分光、二次導(dǎo)數(shù)、自調(diào)制光吸收法對(duì)NO、NOSO烴類(CH4)等氣體具有較高的靈敏度。光反應(yīng)氣體傳感器是利用氣體反應(yīng)產(chǎn)生色變引起光強(qiáng)度吸收等光學(xué)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。光導(dǎo)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(yīng)、發(fā)熱。溫度改變,導(dǎo)致光纖溫度改變。利用光纖測(cè)溫已達(dá)到實(shí)用化程度,檢測(cè)氣體也是成功的。利用其它物理量變化測(cè)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(cè)SONOH2S、NHH2等氣體也有較高的靈敏度。有害氣體檢測(cè)的氣體傳感器的一大作用,有害氣體的檢測(cè)有兩個(gè)目的,第一是測(cè)爆,第二是測(cè)毒。所謂測(cè)爆是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所可燃?xì)夂?,超?biāo)報(bào)警,以避免爆炸事故的發(fā)生;測(cè)毒是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所有毒氣體含量,超標(biāo)報(bào)警,以避免工作人員中毒。有害氣體有三種情況第無毒或低毒可燃,第不燃有毒,第可燃有毒。針對(duì)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(cè)爆選擇可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀,測(cè)毒選擇有毒氣體檢測(cè)報(bào)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(zhǎng)期運(yùn)行的泄漏檢測(cè)選用固定式氣體傳感器;其他象檢修檢測(cè)、應(yīng)急檢測(cè)、進(jìn)入檢測(cè)和巡回檢測(cè)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(duì)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(shí)候如果自己不是很清楚可以咨詢傳感器廠家的技術(shù)人員,讓他們?yōu)槟氵x擇合適的氣體傳感器,或者請(qǐng)傳感器技術(shù)人員上面勘察以便更好的選擇氣體傳感器。對(duì)氣體傳感器材料的研究表明,金屬氧化物半導(dǎo)體材料ZnO,SiO2,F(xiàn)e2O3等己趨于成熟化,特別是在C比,C2H5OH,CO等氣體檢測(cè)方面。這方面的工作主要有兩個(gè)方向:是利用化學(xué)修飾改性方法,對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜

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