氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：一文讀懂常用氣體傳感器的分類與原理
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氣體傳感器主要用于針對(duì)某種特定氣體進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量該氣體在傳感器附近是否存在，或在傳感器附近空氣中的含量。因此，在安全系統(tǒng)中，氣體傳感器通常都是不可或缺的。這些傳感器可以為安全系統(tǒng)提供可燃、易燃和有毒氣體的信息，以及區(qū)域內(nèi)氧氣的消耗，二氧化碳的比例。
? 氣體傳感器從檢測(cè)氣體種類上，常分為可燃?xì)怏w傳感器（常采用催化燃燒式、紅外、熱導(dǎo)、半導(dǎo)體式）、有毒氣體傳感器（一般采用電化學(xué)、金屬半導(dǎo) 體、光離子化、火焰離子化式）、有害氣體傳感器（常采用紅外、紫外等）、氧氣（常采用順磁式、氧化鋯式）等其它類傳感器;從儀表使用方法上，分為便攜式和 固定式;從獲得氣體樣品的方式上，分為擴(kuò)散式（即傳感器直接安裝在被測(cè)對(duì)象環(huán)境中，實(shí)測(cè)氣體通過自然擴(kuò)散與傳感器檢測(cè)元件直接接觸）、吸入式（是指通過使 用吸氣泵等手段，將待測(cè)氣體引入傳感器檢測(cè)元件中進(jìn)行檢測(cè)。
根據(jù)對(duì)被測(cè)氣體是否稀釋，又可細(xì)分為完全吸入式和稀釋式等）;從分析氣體組分上，分為單一式（僅對(duì)特定氣體進(jìn)行檢測(cè)）和復(fù)合式（對(duì)多種氣體成分進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)）;按傳感器檢測(cè)原理，分為熱學(xué)式、電化學(xué)式、磁學(xué)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體式、氣相色譜式等。
電化學(xué)氣體傳感器
相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體，比如硫化氫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)傳感器正是基于這種原理。
電化學(xué)傳感器擁有很多子類：
原電池型氣體傳感器
這種傳感器也被稱為加伏尼電池型氣體傳感器，或燃料電池型氣體傳感器、自發(fā)電池型氣體傳感器。他們?cè)砼c我們?nèi)粘Ｊ褂玫母呻姵叵嗤徊贿^電池碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧陰極被還原，電子電流表流到陽極，那里鉛金屬被氧化。因此電流大小與氧氣濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效檢測(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等氣體。
恒定電位電解池型氣體傳感器
這種傳感器用于檢測(cè)還原性氣體非常有效，它原理與原電池型傳感器不一樣，電化學(xué)反應(yīng)是電流強(qiáng)制下發(fā)生，是一種真正庫侖分析傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功用于一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼等氣體檢測(cè)之中，是目前有毒有害氣體檢測(cè)主流傳感器。
注：庫侖分析是指根據(jù)電解過程中消耗的電量，由法拉第定律來確定被測(cè)物質(zhì)含量的方法。
濃差電池型氣體傳感器
這種傳感器具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè)，會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實(shí)例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳檢測(cè)儀。
極限電流型氣體傳感器
這是一種測(cè)量氧氣濃度的傳感器，工作原理是基于穩(wěn)定氧化鋅固體電解質(zhì)的氧泵作用，通過氣體擴(kuò)散控制供給陰極的氧而得到極限電流。這種傳感器目前主要用于鍋爐的燃燒控制、鋼水中氧氣濃度檢測(cè)，以及汽車的氧氣檢測(cè)。
半導(dǎo)體式氣體傳感器
半導(dǎo)體式氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反映，導(dǎo)致敏感元件阻值變化：
氧氣等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，被成為氧化型氣體——電子接收型氣體；
氫、碳氧化合物、醇類等具有正離子吸附傾向的氣體，被稱為還原型氣體——電子供給型氣體。
當(dāng)氧化（還原）型氣體吸附到N（P）型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少（增多），電阻率上升（下降）；吸附到P（N）型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多（減少），電阻率下降（上升）。（可以看出氧化和還原型半導(dǎo)體是截然相反的）因此從這些性質(zhì)可以有效的檢測(cè)出對(duì)應(yīng)的氣體。
半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體檢測(cè)。尤其是，這種傳感器成本低廉，可以同時(shí)滿足工業(yè)與民用的需求。
缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大，不宜應(yīng)用于計(jì)量準(zhǔn)確要求場(chǎng)所。
催化燃燒式氣體傳感器
這種傳感器實(shí)際上是基于鉑電阻溫度傳感器的一種氣體傳感器，即在鉑電阻表面制備耐高溫催化劑層，在一定溫度下，可燃?xì)怏w在表面催化燃燒，因此鉑電阻溫度升高，導(dǎo)致電阻的阻值變化。
由于催化燃燒式氣體傳感器鉑電阻外通常由多孔陶瓷構(gòu)成陶瓷珠包裹，因此這種傳感器通常也被成為催化珠氣體傳感器。理論上這種傳感器可以檢測(cè)所有可以燃燒的氣體，但實(shí)際應(yīng)用中有很多例外。這種傳感器通常可以用于檢測(cè)空氣中的甲烷、LPG、丙酮等可燃?xì)怏w。
基于鉑電阻優(yōu)良的溫度特性，這種傳感器具有計(jì)量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速。傳感器輸出與環(huán)境爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān)，安全檢測(cè)領(lǐng)域是一類主導(dǎo)位傳感器。
缺點(diǎn)是需要在充足的氧氣環(huán)境中工作（畢竟需要燃燒）；暗火工作，有引燃爆炸危險(xiǎn)；大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用；由于催化劑不斷消耗，零點(diǎn)和量程會(huì)發(fā)生漂移，需要頻繁的標(biāo)定和調(diào)節(jié)。
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光離子化氣體傳感器
通常被稱為PID，即PhotoionizaTIon Detector的縮寫（儀控君在此特別提示，此PID不是比例微分積分）。這是一種具有極高靈敏度，用途廣泛的檢測(cè)器，可以檢測(cè)從10ppb到較高濃度的ppm的揮發(fā)性有機(jī)物和其他有毒氣體。許多有害物質(zhì)都含有揮發(fā)性有機(jī)化合物，PID對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物靈敏度很高。
PID使用了一個(gè)紫外光源，通過離子化，即將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子，檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷，并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。當(dāng)被測(cè)氣體吸收高能量的紫外光時(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)失去電子成為帶正電荷的離子，氣體離子在檢測(cè)器的電極上被測(cè)出，根據(jù)電極產(chǎn)生的電位檢測(cè)出氣體濃度，檢測(cè)后，離子很快又與電子結(jié)合重新組成原來的氣體分子。
PID可檢測(cè)芳香烴類、酮類、醛類、氯代烴類、胺及胺類化合物和不飽和烴類。
紅外氣體傳感器
這種傳感器利用氣體對(duì)特定頻率的紅外光譜的吸收作用制成。紅外光從發(fā)射端射向接收端，當(dāng)有氣體時(shí)，對(duì)紅外光產(chǎn)生吸收，接收到的紅外光就會(huì)減少，從而檢測(cè)出氣體含量。目前較先進(jìn)的紅外式采用雙波長、雙接收器，使檢測(cè)更準(zhǔn)確、可靠。
它的優(yōu)點(diǎn)是：選擇性好，只檢測(cè)特定波長的氣體，可以根據(jù)氣體定制；采用光學(xué)檢測(cè)方式，不易受有害氣體的影響而中毒、老化；響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好；利用物理特性，沒有化學(xué)反應(yīng)，防爆性好；信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)；使用壽命長；測(cè)量精度高。
缺點(diǎn)是：測(cè)量范圍窄，只能檢測(cè)（c1。c5）的碳?xì)浠衔铮慌禄覊m、潮濕，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要好，需要定期對(duì)反射鏡面上的灰塵進(jìn)行清潔維護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)有氣流時(shí)無法檢測(cè)；價(jià)格較高。
固體電解質(zhì)氣體傳感器
固體電解質(zhì)氣體傳感器是指以固體電解質(zhì)作為傳感材料的氣體傳感器，常用的固體電解質(zhì)主要包括：穩(wěn)定氧化鋯、鈉離子快導(dǎo)體、質(zhì)子導(dǎo)體以及一些低價(jià)金屬的鹵化物等。固體電解質(zhì)氣體傳感器按照檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)可分為平衡電位型、混成電位型、限制電流型和短路電流型等。
這種傳感器介于半導(dǎo)體氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器之間，選擇性、靈敏度高于半導(dǎo)體氣體傳感器，壽命長于電化學(xué)氣體傳感器，因此得到廣泛應(yīng)用。這種傳感器的不足之處是響應(yīng)時(shí)間過長。
超聲波氣體探測(cè)器
這種氣體探測(cè)器比較特殊，其原理是當(dāng)氣體通過很小的泄漏孔從高壓端向低壓端泄漏時(shí)，就會(huì)形成湍流，產(chǎn)生振動(dòng)。典型的湍流氣流會(huì)在差壓高于0.2MPa時(shí)變成因素，超過0.2MPa就會(huì)產(chǎn)生超聲波。湍流分子互相碰撞產(chǎn)生熱能和振動(dòng)。熱能快速分散，但振動(dòng)會(huì)被傳送到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。超聲波探測(cè)器就是通過接收超聲波判斷是否有空氣泄漏。
這類探測(cè)器通常勇于石油和天然氣平臺(tái)、發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)以及其它戶外管道。
磁氧分析儀
這種氣體分析儀是基于氧氣的磁化率遠(yuǎn)大于其他氣體磁化率這一物理現(xiàn)象，測(cè)量混合氣體中氧氣喊來那個(gè)的一種物理氣體分析設(shè)備。這種設(shè)備適合自動(dòng)檢測(cè)各種工業(yè)氣體中的氧氣含量。這類設(shè)備只能用于氧氣檢測(cè)，選擇性極好。
氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：氣體傳感器
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氣體傳感器
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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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)。
中文名
氣體傳感器
外文名
gas transducer
類 型
化學(xué)傳感器
特 性
穩(wěn)定性好等
缺 點(diǎn)
技術(shù)壁壘高，市場(chǎng)占有率低
學(xué) 科
電子工程
目錄
1
基本信息
2
特性
3
選擇
4
優(yōu)缺
5
分類
6
選用技巧
7
發(fā)展
8
應(yīng)用
氣體傳感器基本信息
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“氣體傳感器”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。
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氣體傳感器特性
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語音
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：1、穩(wěn)定性穩(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%。2、靈敏度靈敏度是指?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。3、選擇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。4、抗腐蝕性抗腐蝕性是指?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)。
[1]
氣體傳感器選擇
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根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境根據(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)椋词故菧y(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)。靈敏度的選擇通常，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，盡量減少從外界引入的于擾信號(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。響應(yīng)特性 （反應(yīng)時(shí)間）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。線性范圍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。
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氣體傳感器優(yōu)缺
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優(yōu)點(diǎn)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、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)。并在未來逐步成為市場(chǎng)主流。缺點(diǎn)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)模化生產(chǎn)程度低，造成成本高，基本在上千元左右。
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氣體傳感器分類
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半導(dǎo)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(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H2、CO、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、NO2、 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、H2、CH4 。b. 容積控制型傳感材料為Fe2O8和TiO2、CO-MgO —SnO2體傳感器可檢測(cè)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(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。Fe2O8、TiO2屬于此種，對(duì)可燃性氣體敏感。（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，P t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H z 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)H2、CO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。
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固體電解質(zhì)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。
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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(cè)。可燃?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)簡單、穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是選擇性差。
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電化學(xué)氣體傳感器電化學(xué)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(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。（2）原電池式氣體傳感器在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。
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光學(xué)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(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)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(guān)分光、二次導(dǎo)數(shù)、自調(diào)制光吸收法對(duì)NO、NO2、SO2、烴類( CH4) 等氣體具有較高的靈敏度。（2）光反應(yīng)氣體傳感器光反應(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。（3）氣體光學(xué)特性的新傳感器光導(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。此外，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)SO2、NO2、H2S、NH3、H2 等氣體也有較高的靈敏度。
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氣體傳感器選用技巧
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語音
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)夂浚瑯?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一、無毒或低毒可燃，第二、不燃有毒，第三、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。
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氣體傳感器發(fā)展
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語音
一、著重于新氣敏材料與制作工藝的研究開發(fā)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：1、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;2、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)。二、新型氣體傳感器的研制用傳統(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期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。三、氣體傳感器智能化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。
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氣體傳感器應(yīng)用
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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)。
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Winsen傳感
鄭州煒盛電子科技有限公司
電化學(xué)氣體傳感器的原理和影響因素
目前，氣體傳感器的應(yīng)用日趨廣泛，在物聯(lián)網(wǎng)等泛在應(yīng)用的推動(dòng)下，其技術(shù)發(fā)展方向開始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中工業(yè)領(lǐng)域就是氣體傳感器一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，用以使人員和設(shè)備免受危險(xiǎn)氣體導(dǎo)致的直接和間接威脅。無論是使用便攜式氣體報(bào)警器還是固定式氣體檢測(cè)儀，對(duì)于確保設(shè)備在其...
2020-06-230
中西華大
北京中西華大科技有限公司
油煙氣體傳感器（中西器材）型號(hào)：GA27-600-YY 庫號(hào)：M
顯示內(nèi)容型號(hào)、氣體名稱、量程單位、實(shí)測(cè)值、溫度、濕度、時(shí)間、電池剩余量、吸氣泵、聲音、報(bào)警狀態(tài)、溫馨文字提示等使用方式便攜/手持采樣方式泵吸式充電電壓DC 5V泵 流 速300-500CC/Min工作電流≤50mA（根據(jù)技術(shù)原理有所差異）顯 示 屏2.4英寸高清液晶彩屏精 ...
2020-10-190
山東仁科
山東仁科測(cè)控技術(shù)有限公司濟(jì)南分公司官方帳號(hào)
半導(dǎo)體氣體傳感器的工作原理及應(yīng)用
氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中占有重要地位。目前，氣體傳感器監(jiān)測(cè)氣體的方法和手段有非常多種，包括：電化學(xué)法、氣相色譜法、導(dǎo)熱法、紅外吸收法、接觸燃燒法、半導(dǎo)體氣體傳感器檢測(cè)法、光纖法等。不過從材料的應(yīng)用范圍、普及程度以及實(shí)用性來看，半導(dǎo)體氣體傳感器的應(yīng)用無疑是占據(jù)了氣體傳感器的半壁...
2021-06-250
迪勤科技
您的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)服務(wù)商
氣體傳感器之：CO一氧化碳傳感器
目前，氣體傳感器市場(chǎng)持續(xù)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，并且誕生了更多的應(yīng)用需求。而一氧化碳傳感器則是氣體傳感器中應(yīng)用比較早的一類。因?yàn)槠浔旧砭蛻?yīng)用于易燃易爆的氣體，而人體吸入過量一氧化碳后血紅蛋白會(huì)喪失攜氧的能力并導(dǎo)致窒息，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)導(dǎo)致死亡。所以專家們對(duì)于一氧化碳傳感器的研究從未停止過...
2019-05-190
松柏傳感
上海松柏傳感技術(shù)有限公司官方帳號(hào)
氣體傳感器穩(wěn)定性要求
氣體傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇氣體傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳...
2021-01-090
參考資料
1.
潘小青,劉慶成. 氣體傳感器及其發(fā)展[J]. 東華理工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(01):89-93.
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吳玉鋒,田彥文,韓元山,翟玉春. 氣體傳感器研究進(jìn)展和發(fā)展方向[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2003,(10):731-734.
氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：深度解讀各類氣體傳感器
原標(biāo)題：深度解讀各類氣體傳感器
氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測(cè)頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，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、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測(cè)量。
氣體種類繁多，性質(zhì)各異，因此，氣體傳感器種類也很多。按待檢氣體性質(zhì)可分為：用于檢測(cè)易燃易爆氣體的傳感器，如氫氣、一氧化碳、瓦斯、汽油揮發(fā)氣等；用于檢測(cè)有毒氣體的傳感器，如氯氣、硫化氫、砷烷等；用于檢測(cè)工業(yè)過程氣體的傳感器，如煉鋼爐中的氧氣、熱處理爐中的二氧化碳；用于檢測(cè)大氣污染的傳感器，如形成酸雨的NOx、CH4、O3，家庭污染如甲醛等。按氣體傳感器的結(jié)構(gòu)還可分為干式和濕式兩類；按傳感器的輸出可分為電阻式和費(fèi)電阻式兩類；按檢測(cè)院里可分為電化學(xué)法、電氣法、光學(xué)法、化學(xué)法幾類。
半導(dǎo)體氣體傳感器
半導(dǎo)體氣體傳感器可分為電阻型和非電阻型(結(jié)型、MOSFET型、電容型)。電阻型氣敏器件的原理是氣體分子引起敏感材料電阻的變化；非電阻型氣敏器件主要有M()s二極管和結(jié)型二極管以及場(chǎng)效應(yīng)管(M()SFET)，它利用了敏感氣體會(huì)改變MOSFET開啟電壓的原理，其原理結(jié)構(gòu)與ISFET離子敏傳感器件相同。
電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器
作用原理
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SnO2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO2等材料都存在氣敏效應(yīng)。用這些金屬氧化物制成的氣敏薄膜是一種阻抗器件，氣體分子和敏感膜之間能交換離子，發(fā)生還原反應(yīng)，引起敏感膜電阻的變化。作為傳感器還要求這種反應(yīng)必須是可逆的，即為了消除氣體分子還必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器有助于氧化反應(yīng)進(jìn)程。SnO2薄膜氣敏器件因具有良好的穩(wěn)定性、能在較低的溫度下工作、檢驗(yàn)氣體種類多、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，是目前的主流產(chǎn)品。此外，F(xiàn)e2O3也是目前廣泛應(yīng)用和研究的材料。除了傳統(tǒng)的SnO、SnO2和Fe2O3三大類外，目前又研究開發(fā)了一批新型材料，包括單一金屬氧化物材料、復(fù)合金屬氧化物材料以及混合金屬氧化物材料。這些新型材料的研究和開發(fā)，大大提高了氣體傳感器的特性和應(yīng)用范圍。
選擇性是氣體傳感器的關(guān)鍵性能。如SnO2薄膜對(duì)多種氣體都敏感，如何提高SnO2氣敏器件的選擇性和靈敏度一直是研究的重點(diǎn)。主要措施有：在基體材料中加入不同的貴金屬或金屬氧化物催化劑，設(shè)置合適的工作溫度，利用過濾設(shè)備或透氣膜外過濾敏感氣體。在SnO2材料內(nèi)摻雜是改善傳感器選擇性的主要方法，添加Pt、Pd、Ir等貴金屬不僅能有效地提高元件的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間，而且，催化劑不同，導(dǎo)致不同的吸附傾向，從而改善選擇性。例如在SnO2氣敏材料中摻雜貴金屬Pt、Pd、Au可以提高對(duì)CH4的靈敏度，摻雜Ir可降低對(duì)CH4的靈敏度，摻雜Pt、Au提高對(duì)H2的靈敏度，摻雜Pd降低對(duì)H2的靈敏度。
工作溫度對(duì)傳感器的靈敏度有影響。下圖左圖為SnO2氣敏器件對(duì)各種氣體溫度的電阻特性曲線。由圖可見，器件在不同溫度下對(duì)各種氣體的靈敏度不同，利用這一特性可以識(shí)別氣體種類。
制備工藝對(duì)SnO2的氣敏特性也有很大的影響。如在SnO2中添加ThO2，改變燒結(jié)溫度和加熱溫度就可以產(chǎn)生不同的氣敏效應(yīng)。按質(zhì)量計(jì)算，在SnO2中加入3～5％的ThO2，5％的Sm2．在600℃的H2氣氛中燒結(jié)，制成厚膜器件，工作溫度為400℃。則可作為CO檢測(cè)器件。上圖右圖是燒結(jié)溫度為600℃時(shí)氣敏器件的特性。可看出，工作溫度在170～200℃范圍內(nèi)，對(duì)H2的靈敏度曲線呈拋物線，而對(duì)CO改變工作溫度則影響不大，因此，利用器件這一特性可以檢測(cè)H2。而燒結(jié)溫度為400℃制成的器件，工作溫度為200℃時(shí)，對(duì)H2、CO的靈敏度曲線形狀都近似呈直線，但對(duì)CO的靈敏度要高得多，可以制成對(duì)CO敏感的氣體傳感器。
結(jié)構(gòu)及參數(shù)
SnO2電阻型氣敏器件通常采用燒結(jié)工藝。以多孔SnO2陶瓷為基底材料，再添加不同的其他物質(zhì)，用制陶工藝燒結(jié)而成，燒結(jié)時(shí)埋入加熱電阻絲和測(cè)量電極。此外，也有用蒸發(fā)和濺射等工藝制成的薄膜器件和多層膜器件，這類器件靈敏度高，動(dòng)態(tài)特性好。還有采用絲網(wǎng)印刷工藝制成的厚膜器件和混合膜器件，這類器件具有集成度高，組裝容易，使用方便，便于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
下圖是電阻型氣體傳感器的一種典型結(jié)構(gòu)，它主要南SnO2敏感元件、加熱器、電極引線、底座及不銹鋼網(wǎng)罩組成。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以檢測(cè)還原性氣體、可燃性氣體、蒸氣等。
電阻型氣體傳感器的主要特性參數(shù)有：
1、固有電阻R0和工作電阻Rs
固有電阻Ro又稱正常電阻，表示氣體傳感器在正常空氣條件下的阻值。工作電阻Rs表示氣體傳感器在一定濃度被測(cè)氣體中的阻值。
2、靈敏度S
通常用S=Rs／R0表示，有時(shí)也用兩種不同濃度C1、C2)檢測(cè)氣體中元件阻值之比來表示：S=Rs(C2)／R0(C1)。
3、響應(yīng)時(shí)間T1
反映傳感器的動(dòng)態(tài)特性，定義為傳感器阻值從接觸一定濃度的氣體起到該濃度下的穩(wěn)定值所需時(shí)間。也常用達(dá)到該濃度下電阻值變化率的63％時(shí)的時(shí)問來表示。
4、恢復(fù)時(shí)問T2
又稱脫附時(shí)間。反映傳感器的動(dòng)態(tài)特性，定義為傳感器從脫離檢測(cè)氣體起，直到傳感器電阻值恢復(fù)至正常空氣條件下的阻值，這段時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間。
5、加熱電阻RH和加熱功率PH
RH為傳感器提供工作溫度的電熱絲阻值，PH為保持正常工作溫度所需要的加熱功率。
電阻型氣體傳感器具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對(duì)濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下，對(duì)氣體的選擇性較差，元件參數(shù)分散，穩(wěn)定性不夠理想，功率要求高，當(dāng)探測(cè)氣體中混有硫化物時(shí)，容易中毒。
非電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器
非電阻型也是一類較為常見的半導(dǎo)體氣敏器件，這類器件使用方便，無需設(shè)置工作溫度，易于集成化，得到了廣泛應(yīng)用。主要有結(jié)型和MOSFET型兩種。
結(jié)型氣敏器件
結(jié)型氣敏傳感器件又稱氣敏二極管，這類氣敏器件是利用氣體改變二極管的整流特性來工作的。其結(jié)構(gòu)如下圖左圖所示。它的原理是：貴金屬Pd對(duì)氫氣具有選擇性，它與半導(dǎo)體接觸形成接觸勢(shì)壘。當(dāng)二極管加正向偏壓時(shí)，從半導(dǎo)體流向金屬的電子將增加，因此正向是導(dǎo)通的。當(dāng)加負(fù)向偏壓時(shí)，載流子基本沒有變化，這是肖特基二極管的整流特性。在檢測(cè)氣氛中，由于對(duì)氫氣的吸附作用，貴金屬的功函數(shù)改變，接觸勢(shì)壘減弱．導(dǎo)致載流子增多，正向電流增加，二極管的整流特性曲線會(huì)發(fā)生左移。下圖右圖為Pd—TiO2氣敏二極管在不同濃度H2的空氣中的特性曲線。因此，通過測(cè)量二極管的正向電流可以檢測(cè)氫氣濃度。
MOSFET型氣敏器件
氣敏二極管的特性曲線左移可以看作二極管導(dǎo)通電壓發(fā)生改變，這一特性如果發(fā)生在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，將使場(chǎng)效應(yīng)管的閾值電壓UT改變。利用這一原理可以制成MOSFET型氣敏器件。
氫氣敏MOSFET是一種最典型的氣敏器件，它用金屬鈀(Pd)制成鈀柵。在含有氫氣的氣氛中，由于鈀的催化作用，氫氣分子分解成氫原子擴(kuò)散到鈀與二氧化硅的界面，最終導(dǎo)致MOSFET的閾值電壓UT發(fā)生變化。使用時(shí)常將柵漏短接，可以保證MOSFET工作在飽和區(qū)，此時(shí)的漏極電流ID=β(UGS—UT)2，利用這一電路可以測(cè)出氫氣的濃度。
氫氣敏MOSFET的特點(diǎn)有：
1、靈敏度
當(dāng)氫氣濃度較低時(shí)，氫氣敏MOSFET靈敏度很高，1ppm氫氣濃度變化，△UT的值可達(dá)到10mV，當(dāng)氫氣濃度較高時(shí)，傳感器的靈敏度會(huì)降低。
2、對(duì)氣體選擇性
鈀原子間的“空隙”恰好能讓氫原子通過，因此，鈀柵只允許氫氣通過，有很好的選擇性。
3、響應(yīng)時(shí)間
這種器件的響應(yīng)時(shí)間受溫度、氫氣濃度的影響，一般溫度越高，氫氣濃度越高，響應(yīng)越快，常溫下的響應(yīng)時(shí)間為幾十秒。
4、穩(wěn)定性
實(shí)際應(yīng)用中，存在UT隨時(shí)間漂移的特性，為此，采用在HCl氣氛中生長一層SiO2絕緣層，可以顯著改善UT的漂移。
除氫氣外，其他氣體不能通過鈀柵，制作其他氣體的Pd—MOSFET氣敏傳感器要采用一定措施，如制作CO敏MOSFET時(shí)要在鈀柵上制作約20nm的小孔，就可以允許CO氣體通過。另外，由于Pd—MOSFET對(duì)氫氣有較高的靈敏度，而對(duì)CO的靈敏度卻較低，為此可在鈀柵上蒸發(fā)一層厚約20nm的鋁作保護(hù)層，阻止氫氣通過。鈀對(duì)氨氣分解反應(yīng)的催化作用較弱，為此，要先在SiO2絕緣層上沉淀一層活性金屬，如Pt、Ir、La等。再制作鈀柵，可制成氨氣敏MOSFET。
固體電解質(zhì)氣體傳感器
固體電解質(zhì)是一種具有與電解質(zhì)水溶液相同的離子導(dǎo)電特性的固態(tài)物質(zhì)，當(dāng)用作氣體傳感器時(shí)，它是一種電池。它無需使氣體經(jīng)過透氣膜溶于電解液中，可以避免溶液蒸發(fā)和電極消耗等問題。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，幾乎在石化、環(huán)保、礦業(yè)、食品等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，其重要性僅次子金屬—氧化物一半導(dǎo)體氣體傳感器。
固體電解質(zhì)氧氣傳感器原理
同體電解質(zhì)在高溫下才會(huì)有明顯的導(dǎo)電性。氧化鋯(ZrO2)是典型的氣體傳感器的材料。純正的氧化鋯在常溫下是單斜晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度升到1000℃左右時(shí)就會(huì)發(fā)生同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變，由單斜晶結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嗑ЫY(jié)構(gòu)，并伴隨體積收縮和吸熱反應(yīng)，因此是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在ZrO2中摻入穩(wěn)定劑如：堿土氧化鈣CaO或稀土氧化釔Y2O3，使其成為穩(wěn)定的熒石立方晶體，穩(wěn)定程度與穩(wěn)定劑的濃度有關(guān)。ZrO2加入穩(wěn)定劑后在l800℃氣氛下燒結(jié)，其中一部分鋯離子就會(huì)被鈣離子替代，生成(ZrO·CaO)。由于Ca2+是正二價(jià)離子，Zr4+是正四價(jià)離子，為繼續(xù)保持電中性，會(huì)在晶體內(nèi)產(chǎn)生氧離子O2-空穴，這是(ZrO·CaO)在高溫下傳遞氧離子的原因，結(jié)果是(ZrO·CaO)在300～800℃成為氧離子的導(dǎo)體。但要真正能夠傳遞氧離子還必須在固體電解質(zhì)兩邊有不同的氧分壓(氧位差)，形成所渭的濃差電池。其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，兩邊是多孔的貴金屬電極，與中間致密的ZrO·CaO材料制成夾層結(jié)構(gòu)。
設(shè)電極兩邊的氧分壓分別為PO2(1)、PO2(2)，在兩電極發(fā)生如下反應(yīng)：
(+)極：PO2(2)，2O2-→O2+4e
(-)極：PO1(1)，O2+4e→2O2-
上述反應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)用能斯特方程表示：
可見，在一定溫度下，固定PO2(1)，有上式可求出傳感器(+)極待測(cè)氧氣的濃度。
固定PO2(1)實(shí)際上是(-)極形成一個(gè)電位固定的電極，即參比電極，有氣體參比電極和共存相參比電極兩種。氣體參比電極可以是空氣或其他混合氣體，如：H2一H2O，CO一CO2也能形成固定的PO2(1)。共存相參比電極是指金屬-金屬氧化物、低價(jià)金屬氧化物-高價(jià)金屬氧化物的混合粉末(固相)，這些混合物與氧氣(氣相)混合發(fā)生氧化反應(yīng)能形成同定的氧壓，因此也能作為參比電極。
除了測(cè)氧外，應(yīng)用β一Al2O3、碳酸鹽、NASICON等固體電解質(zhì)傳感器，還可用來測(cè)CO、SO2、NH4等氣體。近年來還出現(xiàn)了銻酸、La3F等可在低溫下使用的氣體傳感器，并可用于檢測(cè)正離子。
紅外氣體傳感器
作用原理
由不同原子構(gòu)成的分子會(huì)有獨(dú)特的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，當(dāng)其受到相同頻率的紅外線照射時(shí),就會(huì)發(fā)生紅外吸收，從而引起紅外光強(qiáng)的變化，通過測(cè)量紅外線強(qiáng)度的變化就可以測(cè)得氣體濃度；需要說明的是振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)是兩種不同的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，這兩種運(yùn)動(dòng)形態(tài)會(huì)對(duì)應(yīng)不同的紅外吸收峰，振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)本身也有多樣性；因此一般情況下一種氣體分子會(huì)有多個(gè)紅外吸收峰；根據(jù)單一的紅外吸收峰位置只能判定氣體分子中有什么基團(tuán)，精確判定氣體種類需要看氣體在中紅外區(qū)所有的吸收峰位置即氣體的紅外吸收指紋。但在已知環(huán)境條件下，根據(jù)單一紅外吸收峰的位置可以大致判定氣體的種類。由于在零下273攝氏度即絕對(duì)零度以上的一切物質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生紅外幅射，紅外幅射與溫度正相關(guān)，因此，同催化元件一樣，為消除環(huán)境溫度變化引起的紅外幅射的變化，紅外氣體傳感器中會(huì)由一對(duì)紅外探測(cè)器構(gòu)成。
一個(gè)完整的紅外氣體傳感器由紅外光源、光學(xué)腔體、紅外探測(cè)器和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成。
為什么紅外氣體傳感器不能測(cè)量氧氣、氫氣、氮?dú)獾扔上嗤訕?gòu)成的氣體分子?
月亮和地球、地球和太陽靠萬有引力連接，分子內(nèi)部原子間靠化學(xué)鍵連接。如果二者是理想球體而且沒有其它萬有引力干擾則地球軌道將是圓的，實(shí)際上上面兩個(gè)條件都不成立，因此其軌道是橢圓的，也就是地球和太陽之間的距離不停地在短半徑和長半徑之間轉(zhuǎn)換，即振動(dòng)，只是振動(dòng)周期長達(dá)一年，在這個(gè)過程中，地球處于短半徑點(diǎn)和長半徑點(diǎn)時(shí)，它和太陽之間的引力是不同的，即能量級(jí)別不同。在分子內(nèi)部原子間靠化學(xué)鍵連接，原子間的空間距離、角度、方向由于電子分布的不均衡而不停發(fā)生變化，即振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，而且不同的分子會(huì)有獨(dú)特的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,當(dāng)遇到相同頻率的紅外線照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧振、原子間距離和電子分布發(fā)生變化即偶極距發(fā)生變化，紅外吸收就是這樣產(chǎn)生的(紫外吸收同理)。
以上內(nèi)容中包含紅外吸收的兩個(gè)基本條件：諧振、偶極距變化。這兩個(gè)條件同時(shí)滿足才能產(chǎn)生紅外吸收。
氧氣、氫氣、氮?dú)獾扔赏环N原子構(gòu)成的分子為什么沒有紅外吸收峰:兩個(gè)基本條件一是氣體分子振動(dòng)頻率與照射的紅外線頻率相同，二是偶極距變化。不難理解，第一個(gè)條件容易滿足，第二個(gè)條件無可能性。
相同原子構(gòu)成的分子正負(fù)電荷中心完全重疊，即偶極距為零，其結(jié)果是電子在分子中的分布是均衡的，以紅外光本身的低能量密度特征，其照射不會(huì)改變這種均衡，更不可能使分子電離，即不會(huì)導(dǎo)致能量變化。而不同原子構(gòu)成的分子:以水(蒸氣)分子為例,分子中電子的分布偏向氧這端，即微觀上水分子中氫那一端呈正電性,氧那一端呈負(fù)電性，正負(fù)電荷中心是不重疊的，即偶極矩不為零。這是因?yàn)檠跷娮拥哪芰Ρ葰鋸?qiáng)的緣故。
在與水分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同的紅外線照射時(shí)，會(huì)使電子在水分子中的分布更偏向氧一端，導(dǎo)致氫和氧的平均距離變短，即偶極距變短，能量變高，即水分子受到紅外照射時(shí)會(huì)從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，紅外吸收就是這樣產(chǎn)生的。可以這樣去簡單理解:紅外線與相同原子組成的分子相遇時(shí)，由于相同原子組成的分子是理想的彈性球體，兩者的相互作用是完全彈性碰撞，只有能量交換，沒有能量轉(zhuǎn)移。不同原子組成的分子與紅外線相互作用則有能量轉(zhuǎn)移。因此，紅外吸收原理不能測(cè)相同原子構(gòu)成的分子。
非色散紅外吸收氣體傳感器
非色散：白光通過三棱鏡會(huì)被分為七色光即赤、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。這個(gè)三棱鏡就是一個(gè)分光系統(tǒng)，能把7色光分開。有分光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)即色散型光學(xué)系統(tǒng),無分光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)即非色散性。非色散系統(tǒng)簡易、可靠、小巧、廉價(jià)。平時(shí)我們感受到的白光、紫外、紅外光都是不同頻率、波長混合成的光；而單頻率、單波長的光即單色光。前面講到只有紅外線的頻率和氣體分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同時(shí)才會(huì)產(chǎn)生紅外吸收，理論上在設(shè)計(jì)氣體傳感器時(shí)，我們希望用單色光去照射氣體或者照射后我們用設(shè)置光柵(濾光片)的辦法獲得單色光。
非色散紅外氣體傳感器通常由光源、光學(xué)腔體、濾光片(光柵)、探測(cè)器和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，在傳感器中濾光片和探測(cè)器是一體的。
紅外氣體傳感器優(yōu)點(diǎn):
1、除了相同原子組成的氣體，所有氣體都可以測(cè)。
2、全量程。
3、傳感過程本身不會(huì)干擾傳感。
缺點(diǎn):
1、昂貴。紅外氣體傳感器本質(zhì)上是紅外幅射導(dǎo)致探測(cè)器溫度變化進(jìn)而是電性能變化的溫度傳感器，傳感過程復(fù)雜。要求系統(tǒng)有如下特征：光源必須有穩(wěn)定的紅外幅射；光學(xué)腔體物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；濾光片及紅外探測(cè)器穩(wěn)定。這些問題，合理的工藝技術(shù)本身能較好的解決，但是制造成本高，導(dǎo)致價(jià)格昂貴。
2、在普通的以寬頻紅外光源加濾光片加探測(cè)器設(shè)計(jì)中，濾光片本身不能實(shí)現(xiàn)理想的選擇性濾光，因此干擾尤其是水的干擾一直存在。選擇性的問題深層原因在于很多不同的氣體分子會(huì)有相同的化學(xué)鍵，即有相近甚至重疊的紅外吸收。
3、粉塵、背景幅射、強(qiáng)吸附及氣、液、固易發(fā)生轉(zhuǎn)換的檢測(cè)對(duì)象都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。
催化燃燒式氣體傳感器
作用原理
一般由線徑15um或20um或30um的高純度鉑線圈并在其外包裹載體催化劑形式球體，在一定的溫度條件下，當(dāng)可燃性氣體與上述球體接觸時(shí)會(huì)與其表面的吸附氧發(fā)生劇烈的無焰燃燒反應(yīng)，反應(yīng)釋放的熱量導(dǎo)致鉑線圈溫度變化，溫度變化又導(dǎo)致鉑線圈電阻發(fā)生變化，測(cè)量電阻變化就可以測(cè)到氣體濃度。
因此與其說催化元件是氣體傳感器不如說他是個(gè)溫度傳感器，為克服環(huán)境溫度變化帶來的干擾，催化元件會(huì)成對(duì)構(gòu)成一支完整的元件，這一對(duì)中一個(gè)對(duì)氣體有反應(yīng)，另一個(gè)對(duì)氣體無反應(yīng)，而只對(duì)環(huán)境溫度有反應(yīng)，這樣兩支元件相互對(duì)沖就可以消除環(huán)境溫度變化帶來的干擾。
和半導(dǎo)體元件不同，催化元件傳感過程較為復(fù)雜，前者是氣體與傳感器接觸后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)直接導(dǎo)致傳感器電阻即電信號(hào)的變化，后者則是氣體在催化元件上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)首先導(dǎo)致的結(jié)果是傳感器載體表面及載體內(nèi)部的溫度變化，載體的溫度變化經(jīng)過熱傳遞最終導(dǎo)致鉑線圈電阻的變化，完成傳感的全過程。
存在的問題
傳感過程復(fù)雜，導(dǎo)致問題產(chǎn)生的幾率就大一些。
1、對(duì)長分子鏈的有機(jī)物以及不飽和烴，對(duì)半導(dǎo)體來說，不完全反應(yīng)導(dǎo)致的積炭只會(huì)對(duì)反應(yīng)過程產(chǎn)生影響，而不會(huì)對(duì)電子傳輸產(chǎn)生大的影響，而對(duì)催化來講，炭的存在不僅影響反應(yīng)過程，更會(huì)對(duì)熱傳遞產(chǎn)生劇烈影響，結(jié)果是反應(yīng)產(chǎn)生的熱量向傳感器內(nèi)部傳遞效率變低了，熱量大都散失掉了，最終是，同樣的氣體濃度，釋放同樣的熱，由于炭的存在，導(dǎo)致傳感器:溫度只有很小的變化，即靈敏度變得很低。
2、因?yàn)樾枰獰醾鬟f，為了保證熱效率，反應(yīng)必須在瞬間完成，即要求有極高的反應(yīng)效率，就需要有大量的納米級(jí)的催化劑以及納米級(jí)的孔，這樣的特征有利于傳感也有利于中毒。
3、催化元件的線性是由兩個(gè)因素決定的a、溫度傳感材料pt線圈的電阻~溫度特性是線性的。b、爆炸下限以內(nèi)反應(yīng)放熱和氣體濃度是線性的。因此，兩個(gè)因素任一發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致傳感器線性變化。實(shí)際上，鉑線圈會(huì)持續(xù)升華變細(xì)即導(dǎo)阻變大；反應(yīng)釋放的熱量與濃度的線性關(guān)系只在氣體濃度為爆炸下限以內(nèi)時(shí)才成立。
未來發(fā)展
催化元件的未來主要取決于工藝技術(shù)的進(jìn)步:
1、結(jié)構(gòu)改進(jìn)，解決的問題是震動(dòng)引起的漂移。
2、過濾層改進(jìn)，解決的問題是中毒。
3、開發(fā)新材料改善積碳。
4、制造過程對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的保障如避免形變。
5、MEMS化。需要說明的是，器件結(jié)構(gòu)、封裝、制造工藝的改進(jìn)不僅會(huì)改善元件的綜合性能，也會(huì)引發(fā)新的應(yīng)用。和半導(dǎo)體相比，催化元件MEMS化的困境在于如何在小的表面積下有更高的催化效率、熱效率。
6、催化元件的應(yīng)用定位會(huì)更精準(zhǔn)專一。
7，催化元件不會(huì)被淘汰。
電化學(xué)傳感器
電化學(xué)就是研究電學(xué)和化學(xué)行為之間關(guān)系的學(xué)科。這個(gè)學(xué)科最重要的應(yīng)用是電能與化學(xué)能之間的高效轉(zhuǎn)換和大功率密度存儲(chǔ)技術(shù)。我們知道本質(zhì)上傳感器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，如壓力傳感器就是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。因此，很容易理解，電化學(xué)氣體傳感器就是一個(gè)電池，叫氣體燃料電池。
最常見的電池，把一堆可以導(dǎo)電的化學(xué)物質(zhì)裝起來，插入兩個(gè)不同材料的電極，用導(dǎo)線連接就會(huì)有電產(chǎn)生。以鉛酸蓄電池為例，硫酸水溶液就是導(dǎo)電的化學(xué)物質(zhì)，把鉛放進(jìn)其中，在鉛和硫酸接觸的地方(界面)會(huì)產(chǎn)生電，把氧化鉛放進(jìn)去，界面也會(huì)有電，兩個(gè)界面電量有差異，即有電壓，用導(dǎo)線連起來電子就會(huì)從鉛流到氧化鉛，鉛就變成了氧化鉛，氧化鉛變成了氧化亞鉛。電量和化學(xué)量及反應(yīng)過程相關(guān)聯(lián)。
這里最重要的概念：一是把一個(gè)導(dǎo)體插入導(dǎo)電的化學(xué)物質(zhì)中界面會(huì)產(chǎn)生電位，同一種物質(zhì)中插入不同的導(dǎo)體產(chǎn)生不同的電位。二是不同的電位相連接，在界面會(huì)發(fā)生反應(yīng)。三是導(dǎo)電回路由電池和外接導(dǎo)線兩部分構(gòu)成。電池外部在連接導(dǎo)線內(nèi)是電子，電池內(nèi)是離子。即導(dǎo)電過程由電子移動(dòng)和離子移動(dòng)共同完成。
電化學(xué)CO氣體傳感器是一個(gè)化學(xué)電池即CO燃料電池。其中: CO是提供電子的一極(工作電極)，氧氣是獲得電子的一極，硫酸水溶液是電解質(zhì)。和鉛酸蓄電池最大的不同是電極材料不同，電化學(xué)氣體傳感器(co)電極材料是氣體，鉛酸蓄電池是固體。電化學(xué)氣體傳感器的電極叫氣體電極。電化學(xué)CO氣體傳感器中，工作電極CO作為供電子的一極，只有CO和硫酸水溶液觸是無法進(jìn)行的電子釋放、收集和傳導(dǎo)的。其一CO完成提供電子的過程需要條件，即在電催化條件下降低CO提供電子的難度。實(shí)踐中這個(gè)條件由多孔鉑電極（或其它電催化導(dǎo)電電極）提供。其二，CO提供的電子需要導(dǎo)體收集后傳導(dǎo)，也由多孔鉑電極完成。
同理，作為對(duì)電極的氧氣電極亦需要有多孔鉑電極協(xié)助獲得電子。鉑電極實(shí)際上是反應(yīng)平臺(tái)。電化學(xué)傳感器傳感原理雖然簡單，但是實(shí)現(xiàn)可靠精確的傳感卻很難：其一需要鉑電極有穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)，孔的數(shù)量足夠多，硫酸水溶液進(jìn)到孔里，CO (或氧氣)也能進(jìn)到孔里，在氣(CO)-固(pt)-液(硫酸水溶液中的水)共同接觸的位置即三相界面完成電子提供。因此,三相界面如何在硫酸長期浸泡、電化學(xué)反應(yīng)沖擊、電泳驅(qū)動(dòng)下保持穩(wěn)定，是可靠精確傳感的核心。其二，硫酸水溶液要穩(wěn)定，不揮發(fā)，不吸水、不泄漏。任何硫酸水溶液的質(zhì)量變化都會(huì)導(dǎo)致傳感器內(nèi)部壓力的變化,進(jìn)而引起三相界面的變化。其三、由封裝、材料物理特性決定的電極和硫酸水溶液接觸應(yīng)力要穩(wěn)定不變。
目前電化學(xué)傳感器的主要問題基本源于上述因素。電化學(xué)傳感器最核心的技術(shù)及工藝之一是如何構(gòu)建孔的物理結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定可靠的電極，它和靈敏度、響應(yīng)恢復(fù)、壽命、溫度特性密切相關(guān)。其二是封裝。電化學(xué)傳感器存在的問題如干燥條件下的失水失活、高濕條件下的吸水漏液，長期接觸被測(cè)氣體導(dǎo)致的中毒失活，電極孔結(jié)構(gòu)解體導(dǎo)致的失活。體現(xiàn)在性能上是漏液、壽命短(相比其它原理)、體積大。體現(xiàn)在制造上表現(xiàn)為設(shè)計(jì)、工藝復(fù)雜、制造成本昂貴。
電化學(xué)傳感器的未來：明確的方向是電解液室溫固態(tài)化并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)MEMS化。實(shí)現(xiàn)固態(tài)化和MEMS化的電化學(xué)傳感器不僅能夠克服包括制造在內(nèi)的大部分問題，而且可以激發(fā)新的應(yīng)用，為企業(yè)帶來新的增長。此時(shí)的電化學(xué)傳感器將是高度一體化的，易集成的、小巧的電子系統(tǒng)。但是，這樣的結(jié)果仍然不能克服高濃度或被測(cè)氣體長期與傳感器接觸導(dǎo)致的傳感器性能變化。
PID——光離子化檢測(cè)器
PID由紫外光源和氣室構(gòu)成。紫外發(fā)光原理與日光燈管相同，只是頻率高，能量大。被測(cè)氣體到達(dá)氣室后，被紫外燈發(fā)射的紫外光電離產(chǎn)生電荷流，氣體濃度和電荷流的大小正相關(guān)，測(cè)量電荷流即可測(cè)得氣體濃度。
特殊氣體:物理形態(tài)多變、化學(xué)過程及反應(yīng)生成物復(fù)雜多樣。包括無機(jī)氣體如氨氣。有機(jī)氣體如甲苯等。
前面介紹的各種氣體傳感器，對(duì)復(fù)雜氣體的檢測(cè)面臨巨大挑戰(zhàn)。如:對(duì)有機(jī)蒸氣的檢測(cè)，紅外吸收原理面臨著很難克服的困難：a、有機(jī)蒸氣由于分子量大的緣故，特征吸收波長較長，紅外吸收后能量變化小，通常靈敏度會(huì)很低。b、長分子鏈的有機(jī)蒸氣易吸附，會(huì)粘附在探測(cè)器上，破壞光傳輸。c、不能實(shí)現(xiàn)對(duì)voc總量的檢測(cè)。紅外系統(tǒng)若實(shí)現(xiàn)總量評(píng)價(jià)，則需要全光譜響應(yīng)的濾光片、探測(cè)器和全光譜紅外光源，這樣的要求不僅難實(shí)現(xiàn)，即使實(shí)現(xiàn)，在全光譜范圍內(nèi)，無機(jī)氣體、水的干擾將順理成章。而化學(xué)傳感器中半導(dǎo)體易被無機(jī)氣體、溫、濕度干擾，漂移，濃度分辯率低，雖然其檢測(cè)范圍寬、覆蓋氣體種類多，但仍僅適合在低端應(yīng)用。在這樣的背景下，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)voc檢測(cè)時(shí)PlD是較好的選擇。
相對(duì)其它傳感器plD最大的特點(diǎn)是只對(duì)很少的無機(jī)氣體，如氨氣、磷化氫等敏感。原因在于大部分的無機(jī)氣體有很高的電離能(大于11.7ev)。目前plD燈最高紫外幅射能量僅為11.7ev。因此，在石油化工園區(qū)，PiD的響應(yīng)可以認(rèn)為是voc的響應(yīng)。
PID工作原理
1、在真空玻璃腔內(nèi)充入高純度稀有氣體如氬氣、氪氣。
2、用紫外透光片氟化鎂單晶將玻璃腔體密封，在此氟化鎂晶體對(duì)紫外光透明。
3、在玻璃腔外壁套上電極。
4、在氟化鎂窗口加上電極和電場(chǎng)，做為被測(cè)氣體氣室，這就是一個(gè)完整的可電離VOC的紫外燈。工作時(shí)在玻璃腔外加上高頻電場(chǎng)，紫外燈內(nèi)的稀有氣體被外加電場(chǎng)電離出電子和離子，電子和離子復(fù)合時(shí)紫外光的形式向外幅射能量。紫外光穿過氟化鎂窗口到達(dá)氣室，氣室內(nèi)被測(cè)氣體被紫外光電離產(chǎn)生電子和離子，電荷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流，就可以測(cè)到了。
PlD穩(wěn)定工作需要:
1、PID必須幅射足夠的能量才能電離被測(cè)氣體；
2、產(chǎn)生紫外光的高頻電場(chǎng)必須是穩(wěn)定的。
3、玻璃腔體內(nèi)不能有雜質(zhì)氣體，雜質(zhì)氣體會(huì)導(dǎo)致附加電離，影響紫外發(fā)光效率。
4、紫外光譜是穩(wěn)定、均勻的。
5、紫外光到達(dá)氣室的傳輸是穩(wěn)定、均勻并不與構(gòu)成氣室的金屬電極材料相互作用而產(chǎn)生重金屬沉積，重金屬在紫外幅射窗口沉積會(huì)阻擋紫外到達(dá)氣室。
這就要求：紫外燈充入的發(fā)光物質(zhì)必須是氣體才能均勻發(fā)光并傳輸。腔體內(nèi)不能有雜質(zhì)氣體，以防止附加電離等。這些要求決定了發(fā)光氣體的選擇只能是稀有氣體。窗口材料則必須對(duì)紫外透明并具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)，事實(shí)上紫外窗口材料的選擇是極其有限的。這些限至條件最終也決定了PID應(yīng)用的局限性。
為什么目前的PID不能測(cè)丙烷、乙烷、甲烷和大部分無機(jī)物
PID的本質(zhì)是使被測(cè)物質(zhì)電離后測(cè)電荷流，電離需要能量。目前的PID紫外幅射能量最常見的是8.3ev、9.8ev、10.6ev。而電離甲烷需要的能量為12.6ev，乙烷為11.56ev、丙烷為10.95ev、二氧化碳為13ev等。事實(shí)上，人們很想開發(fā)出能量更高的PID，但限至條件在于稀有氣體的種類極其有限，紫外波長(能量)是由稀有氣體本身的電子能級(jí)決定的，人類無法改變；另一個(gè)限至條件是特定波長的紫外光透光窗口材料，能透什么樣波長的紫外光取決于窗口材料的晶格常數(shù)，在目前的材料體系中選擇也極有限。人們雖然開發(fā)出11.7ev的發(fā)光體，但適合的窗口材料只有氟化鋰(LiF)，而氟化鋰極易吸水，導(dǎo)致11.7ev的PID壽命只有兩個(gè)月。即目前的紫外燈由于輸出能量的限制，仍不能檢測(cè)甲烷等有較高電離能的物質(zhì)。
PID為什么沒有選擇性?
如果我們選擇的PID的紫外幅射能量是10.6ev，就意味著被測(cè)環(huán)境中電離能小于10.6ev的所有氣體分子都會(huì)被電離，我們測(cè)到的電荷流是所有被電離氣體的電荷流的和，而不是某種氣體的電荷流。PID無選擇性是由此決定的。
PID在工作時(shí)，氣室內(nèi)被電離的物質(zhì)相遇時(shí)會(huì)復(fù)合還原，長鏈分子、灰塵等會(huì)沉積在窗口表面，除此，傳感器工作時(shí)產(chǎn)生的離子流轟擊氣室電極也會(huì)使重金屬沉積在窗口表面，這顯然會(huì)影響紫外光透過，而導(dǎo)致零點(diǎn)漂移、靈敏度降低，影響檢測(cè)結(jié)果。實(shí)際上除了PiD燈的制備技術(shù)、氣室設(shè)計(jì)，PID燈紫外透過窗口的清洗技術(shù)也是核心技術(shù)之一。
PID的未來
1、PiD作為理想的非放射性離子源會(huì)永遠(yuǎn)存在；
2、提高PID燈內(nèi)充氣前的真空度以及填充氣體純度以提高發(fā)光效率和發(fā)光穩(wěn)定性；
3、開發(fā)新的窗口材料及加工精度以改善透光率、出射光均勻性、封裝質(zhì)量、以及穩(wěn)定性和壽命；
4、預(yù)防色散導(dǎo)致窗口的重金屬沉積，延長壽命；
5、防止大分子有機(jī)物、小顆粒物沉積的窗口清潔技術(shù)；
6、輸出能量更高的長壽命PID燈的開發(fā)；
7、小體積。
氣體傳感器的發(fā)展方向
氣體傳感器的研究涉及面廣、難度大，屬于多學(xué)科交叉的研究內(nèi)容。要切實(shí)提高傳感器各方面的性能指標(biāo)需要多學(xué)科、多領(lǐng)域研究工作者的協(xié)同合作。氣敏材料的開發(fā)和根據(jù)不同原理進(jìn)行傳感器結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)一直受到研究人員的關(guān)注。未來氣體傳感器的發(fā)展也將圍繞這兩方面展開工作。具體表現(xiàn)如下:
氣敏材料的進(jìn)一步開發(fā)一方面尋找新的添加劑對(duì)已開發(fā)的氣敏材料性能進(jìn)行進(jìn)一步提高；另一方面充分利用納米、薄膜等新材料制備技術(shù)尋找性能更加優(yōu)越的氣敏材料。
新型氣體傳感器的開發(fā)和設(shè)計(jì)根據(jù)氣體與氣敏材料可能產(chǎn)生的不同效應(yīng)設(shè)計(jì)出新型氣體傳感器。近年來表面聲波氣體傳感器、光學(xué)式氣體傳感器、石英振子式氣體傳感器等新型傳感器的開發(fā)成功進(jìn)一步開闊了設(shè)計(jì)者的視野。目前仿生氣體傳感器也在研究中。
氣體傳感器傳感機(jī)理的進(jìn)一步研究新的氣敏材料和新型傳感器層出不窮，很有必要在理論上對(duì)它們的傳感機(jī)理進(jìn)行深度的研究。只有機(jī)理明確了，下一步的工作才會(huì)少走彎路。
氣體傳感器的智能化生產(chǎn)和生活日新月異的發(fā)展對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求，氣體傳感器智能化是其發(fā)展的必由之路。智能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)、電路與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊理論等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。
仿生氣體傳感器的迅速發(fā)展 警犬的鼻子就是一種靈敏度和選擇性都非常好的理想氣敏傳感器，結(jié)合仿生學(xué)和傳感器技術(shù)研究類似狗鼻子的＂電子鼻＂將是氣體傳感器發(fā)展的重要方向之一。
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氣體傳感器的結(jié)構(gòu)：電化學(xué)氣體傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)圖
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284次閱讀實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)智能制造的7個(gè)領(lǐng)先實(shí)踐定義業(yè)務(wù)問題。開發(fā)可行的用例，以指導(dǎo)方法并定義期望的結(jié)果，其中可能包括降低成本，流程、產(chǎn)品或效率的改....發(fā)表于 2020-07-17 15:50?
106次閱讀是什么導(dǎo)致了電子垃圾的增加？微控制器和傳感器的微小尺寸使得“智能技術(shù)”的廣泛應(yīng)用成為可能。它們包括智能手表、攝像頭、傳感器，甚至....發(fā)表于 2020-07-17 15:46?
147次閱讀電信基礎(chǔ)設(shè)施積極擴(kuò)展正在驅(qū)動(dòng)當(dāng)前的傳感器市場(chǎng)當(dāng)前的傳感器在從筆記本電腦、智能手機(jī)、電視、智能揚(yáng)聲器到家用電器（包括電烤箱、割草機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)等....發(fā)表于 2020-07-17 15:21?
76次閱讀永磁同步電動(dòng)機(jī)無傳感器控制技術(shù)綜述pmsm因其高轉(zhuǎn)矩慣性比、高能量密度、高效率等固有特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、電動(dòng)車、工業(yè)伺服等領(lǐng)域。伴....發(fā)表于 2020-07-17 15:15?
29次閱讀發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)傳感器解析熱膜式和熱線式空氣流量計(jì)都是熱式流量計(jì)。通過空氣流量計(jì)殼體中的一個(gè)測(cè)量通道，來測(cè)量進(jìn)氣管中流過傳感器....發(fā)表于 2020-07-17 15:05?
34次閱讀關(guān)于扭環(huán)式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理測(cè)力傳感器，與稱重傳感器，工作原理相同，但使用對(duì)象及測(cè)量要求不同，尤其是小量程測(cè)量。發(fā)表于 2020-07-17 15:02?
20次閱讀用磁致伸縮傳感器改善結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)新一代更強(qiáng)大的西南研究院專利磁致伸縮傳感器可承受極端溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率并采用更強(qiáng)大的磁鐵。緊湊型磁致....發(fā)表于 2020-07-17 14:47?
50次閱讀氧化鋯傳感器的原理和優(yōu)勢(shì)氧化鋯傳感器原理是使用氧化鋯陶瓷敏感元件測(cè)量各種加熱爐或排氣管中的氧勢(shì)，并根據(jù)化學(xué)平衡原理計(jì)算相應(yīng)的....發(fā)表于 2020-07-17 14:42?
74次閱讀可變?cè)鲆鎯x用放大器AD8221的特點(diǎn)性能及應(yīng)用電...為了提高測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾性能，在設(shè)計(jì)高精度電路時(shí)，應(yīng)選用高共模抑制比的運(yùn)放來構(gòu)成系統(tǒng)的傳感器接口電路....發(fā)表于 2020-07-17 14:40?
69次閱讀粉塵濃度傳感器的技術(shù)特點(diǎn)解析粉塵濃度傳感器，主要用于礦山、水泥廠等粉塵作業(yè)場(chǎng)所總粉塵濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)。發(fā)表于 2020-07-17 14:34?
60次閱讀西克傳感器在去年于國內(nèi)建立了亞洲最大的物流倉庫如今疫情在國內(nèi)基本結(jié)束，從國家政策層面到市場(chǎng)的表現(xiàn)看，國內(nèi)正積極加快復(fù)工復(fù)產(chǎn)。為此，本網(wǎng)再對(duì)部分企業(yè)....發(fā)表于 2020-07-17 14:32?
104次閱讀無線溫度數(shù)據(jù)采集傳感器解決方案 無線溫度傳感器，是針對(duì)溫度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的一款無線數(shù)據(jù)采集終端，也叫智能溫度傳感器，無線溫度采集器，屬于無線傳感...發(fā)表于 2020-07-09 11:34?
129次閱讀UNIVO傳感器的解決方案 UNIVO是國內(nèi)眾多的傳感器公司之一，主要提供創(chuàng)新的傳感器解決方案來幫助客戶將概念轉(zhuǎn)化為智能、連接的產(chǎn)品。...發(fā)表于 2020-07-09 11:33?
143次閱讀ZTP-148SR為核心測(cè)量傳感器的額溫槍解決方案 當(dāng)前COVID-19疫情發(fā)生時(shí)期，在全國人民萬眾一心，眾志成城抗擊新型肺炎的過程中，額溫槍成為阻擊疫情進(jìn)一步傳...發(fā)表于 2020-07-09 09:28?
121次閱讀MLX適用于測(cè)量環(huán)境亮度或用于控制LCD背光亮度應(yīng)用的LED亮度 汽車進(jìn)入隧道時(shí)候，需要打開照明或者自動(dòng)點(diǎn)亮LCD屏的背光。這就需求對(duì)自然光強(qiáng)度的變化進(jìn)行檢測(cè)。MLX適...發(fā)表于 2020-07-09 09:17?
91次閱讀TE傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)和控制醫(yī)療系統(tǒng)中各種應(yīng)用的電子系統(tǒng)至關(guān)重要 TE Connectivity利用許多不同的技術(shù)設(shè)計(jì)和制造各種傳感器，這些技術(shù)對(duì)于監(jiān)測(cè)和控制醫(yī)療系統(tǒng)中各種應(yīng)用的電子系...發(fā)表于 2020-07-08 15:44?
103次閱讀測(cè)距的傳感器除了超聲波和紅外，有沒有別的 請(qǐng)問一下，網(wǎng) 里測(cè)距的傳感器除了超聲波和紅外，有沒有別的？因?yàn)槌暡ǖ臏y(cè)距范圍是一個(gè)傘形區(qū)，若傳感器和待測(cè)物體...發(fā)表于 2020-07-08 07:38?
55次閱讀阿爾卑斯阿爾派樣品免費(fèi)領(lǐng)！再送一份選型指南本期，華秋商城為您帶來：阿爾卑斯阿爾派開關(guān)、傳感器產(chǎn)品的選型指南：
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