气体传感器技术及应用介绍

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：气体传感器是用来检测气体的成分和含量的传感器。一般认为，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。这种类型的传感器在气体传感器中约占60%，因其灵敏度好、价格低、制作简单、体积小等原因受到广泛应用。

气体传感器是用来检测气体的成分和含量的传感器。一般认为，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。

气体传感器包括半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学气体传感器和光学气体传感器等。

1.半导气体传感器

半导气体传感器是利用半导体气敏元件同气体接触，造成半导体性质变化，借此来检测特定气体的成分和浓度的传感器。这种类型的传感器在气体传感器中约占60%，因其灵敏度好、价格低、制作简单、体积小等原因受到广泛应用。但由于其稳定性差，受环境影响较大，所以不适用于精确度要求较高的场所。

2.固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器为离子对固体电解质隔膜传导，分为阳离子传导和阴离子传导，是选择性较强的传感器，研究较多达到实用化的是氧化铬固体电解质传感器，其机理是利用隔膜两侧两个电池之间的电位差等于浓差电池的电势。稳定的氧化铬固体电解质传感器已成功地应用于钢水中氧的测定和发动机空燃比成分测量等。

为弥补固体电解质导电的不足，近几年来在固态电解质上镀一层气体敏膜，把周围环境中存在的气体分子数量和介质中可移动的粒子数量联系起来。

3.接触燃烧式气体传感器

接触燃烧式气体传感器适用于可燃性气体H2、CO、CH4的检测。可燃气体接触表面催化剂Pt、Pd时燃烧、破热，燃烧热与气体浓度有关。这类传感器的应用面广、体积小、结构简单、稳定性好，其缺点是选择性差。

4.电化学气体传感器

常用的电化学气体传感器有两种：

1）恒电位电解式传感器

恒电位电解式传感器是将被测气体在特定电场下电离，由流经的电解电流测出气体浓度，这种传感器灵敏度高，对毒性气体检测有重要作用。

2）原电池式气体传感器

在KOH电解质溶液中，Pt-Pb或Ag-Pb电极构成电池，已成功用于检测O2，其灵敏度高，其缺点是透水、逸散、吸潮，电极易中毒。

5.光学气体传感器

红外线气体传感器是典型的吸收式光学气体传感器，是根据气体分别具有各自固有的光谱吸收谱检测气体成分，非分散红外吸收光谱对SO2、CO、CO2、NO等气体具有较高的灵敏度。

另外紫外线吸收、非分散紫外线吸收、相关分光、二次导数、自调制光吸收法对NO、NO2、SO2、CH（CH4）等气体具有较高的灵敏度。

光学气体传感器是利用气体反应产生色变引起光强度吸收等光学特性改变，传感元件是理想的，但是气体光感变化受到限制，传感器的自由度小。

此外，利用其他物理量变化测量气体成分的传感器在不断开发，如声表面波传感器检测SO2、NO2、H2 S、NH3、H2等气体也有较高的灵敏度。

气体传感器技术及应用介绍

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