近年来,随着互联网与物联网的高速发展,气体传感器在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域的应用突飞猛进,大幅扩展了应用空间,需求量也发生数量级的改变。气体传感器广泛应用于工业、生活的各个领域,如石油、化工、钢铁、冶金、矿山、环保、**、医疗、食品等诸多领域。气体传感器品类多样应用广泛目前应用的气体传感器中,以半导体、电化学、催化燃烧、红外四大门类为主,其工作原理各异,功能特性各有优势。半导体气体传感器适用面广,简单易用,在家用燃气检测、智能家电等领域大量应用,是目前气体传感器中应用为广泛的品种;电化学气体传感器非常适合低浓度毒性气体检测,以及氧气和酒精等无毒气体的检测,目前主要应用在各种工业领域以及道路交通安全检测领域;催化燃烧式气体传感器适用于可燃气体检测,主要在煤矿领域检测瓦斯使用;红外气体传感器适用于检测甲烷、二氧化碳等气体,在目前的实际应用中以二氧化碳产品应用居多、范围较广,主要应用在暖通空调与室内空气质量监控、工业过程及安全防护监控、农业及畜牧业生产过程监控等领域。气体传感器的分类半导气体传感器这种类型的传感器在气体传感器中约占60%,根据其机理分为电导型和非电导型,电导型中又分为表面型和容积控制型。(1 ) SnO2半导体是典型的表面型气敏元件,其传感原理是SnO2为n 型半导体材料。当施加电压时,半导体材科温度升高,被吸附的氧接受了半导体中的电子形成了O2或O2原性气体H2、CO、CH4存在时,使半导体表面电阻下降,电导上升,电导变化与气体浓度成比倒。NiO为p型半导体,氧化性气体使电导下降,对O2敏感。ZnO半导体传感器也属于此种类型。半导体气体传感器a. 电导型的传感器元件分为表面敏感型和容积控制型,表面敏感型传感材料为SnO2+Pd 、ZnO十Pt 、AgO、V 205 、金属酞青、Pt —SnO2。 表面敏感型气体传感器可检测气体为各种可燃性气体C0、NO2、 氟利昂。传感材料Pt —SnO2 的气体传感器可检测气体为可燃性气体CO、H2、CH4 。b. 容积控制型传感材料为Fe2O8、la1-SSrxCOO8 和TiO2、CoO-MgO —SnO2体传感器可检测气体为各种可燃性气体CO、NO2 氟利昂。。传感材料Pt —SnO2容积控制型半导体气体传感器可检测气体为液化石油气、酒精、空燃比控制、燃烧炉气尾气。(2) 容积控制型的是晶格缺陷变化导致电导率变化,电导变化与气体浓度成比例关系。Fe2O8、TiO2属于此种,对可燃性气体敏感。(3) 热线性传感器,是利用热导率变化的半导体传感器,又称热线性半导体传感器,是在Pt 丝线圈上涂敷SnO2层,Pt丝除起加热作用外,还有检测温度变化的功能。施加电压半导体变热,表面吸氧,使自由电子浓度下降,可燃性气体存在时,由于燃烧耗掉氧自由电子浓度增大,导热率随自由电子浓度增加而增大,散热率相应增高,使Pt 丝温度下降,阻值减小,P t丝阻值变化与气体浓度为线性关系。这种传感器体积小、稳定、抗毒,可检测低浓度气体,在可燃气体检测中有重要作用。( 4) 非电导型的FET场效应晶体管气体传感器,Pd —FET.场效应晶体管传感器,利用Pd 吸收H z 并扩散达到半导体Si 和Pd的界面,减少Pd 的功函,这种对H2、CO敏感。非电导型FET场效应晶体管气体传感器体积小,便于集成化,多功能,是具有发展前途的气体传感器。固体电解质气体传感器这种传感器元件为离子对固体电解质隔膜传导,称为电化学池,分为阳离子传导和阴离子传导,是选择性强的传感器,研究较多达到实用化的是氧化锆固体电解质传感器,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敏膜,把围周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。接触燃烧式气体传感器接触燃烧式传感器适用于可燃性气H2、CO、CH4的检测。可燃气体接触表面催化剂Pt 、Pd 时燃烧、破热,燃烧热与气体浓富有关。这类传感器的应用面广、体积小、结构简单、稳定性好,缺点是选择性差。电化学气体传感器电化学方式的气体传感器常用的有两种( 1 )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,改变电位可选择的检洌气体,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,缺点是透水逸散吸潮,电极易中毒。光学气体传感器( 1 )直接吸收式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、烃类( CH4) 等气体具有较高的灵敏度。( 2)光反应气体传感器光反应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。( 3 )气体光学特性的新传感器光导纤维温度传感器为这种类型,在光纤*涂敷触媒与气体反应、发热。温度改变,导致光纤温度改变。利用光纤测温已达到实用化程度,检测气体也是成功的。此外,利用其它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、H2S、NH3、H2 等气体也有较高的灵敏度。气体传感器的3大发展趋势:1、MEMS传感器。MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。2、无线传感器。无线传感器网络由部署在监测区域内大量廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络。受益于MEMS、MCU、低功耗无线网络的进步,无线传感网得到快速发展。深圳信立科技专业提供无线温度传感器,无线压力传感器,无线气体传感器,无线温湿度传感器,无线液位传感器及无线传感器应用解决方案。3、集成智能传感器。集成智能传感器是指利用现代微加工技术,将敏感单元和电路单元制作在同一芯片上的换能和电信号处理系统。目前集成传感器正在智能传感器系统迅速发展,主要包括以下几个方面:其一是系统化,即在电路方面不但包括模数部分,同时包含数据部分、逻辑计算,未来还要包含天线和无线收发单元;其二是多功能化,比如一个集成传感器模块可以同时感测温度、湿度、压力等多种变量;其三是阵列化,阵列化。简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。目标气体穿过探头内的传感器,产生一个正比于气体体积分数的信号。由于扩散过程渐趋减慢,所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而*物理和化学变换。样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道。这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流,所以在气流大小和流速经常变化的情况下,这种方法较值得推荐。将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离,距离的长短主要是根据传感器的设计,但采样线较长会加大测量滞后时间,该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。对于某种目标气体和汽化物,如SiH4以及大多数生物溶剂,气体和汽化物样品量可能会因为其吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。
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