目前新型氣體傳感器的研究動(dòng)態(tài)及其發(fā)展方向

     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(guò)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。 

　　氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間。目前，氣體的采樣方式主要是通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散法，或是將氣體吸入檢測(cè)器。 

　　簡(jiǎn)單擴(kuò)散是利用氣體自然向四處傳播的特性。目標(biāo)氣體穿過(guò)探頭內(nèi)的傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于氣體體積分?jǐn)?shù)的信號(hào)。由于擴(kuò)散過(guò)程漸趨減慢，所以擴(kuò)散法需要探頭的位置非常接近于測(cè)量點(diǎn)。擴(kuò)散法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將氣體樣本直接引入傳感器而無(wú)需物理和化學(xué)變換。樣品吸入式探頭通常用于采樣位置接近處理儀器或排氣管道。這種技術(shù)可以為傳感器提供一種速度可控的穩(wěn)定氣流，所以在氣流大小和流速經(jīng)常變化的情況下，這種方法較值得。將測(cè)量點(diǎn)的氣體樣本引到測(cè)量探頭可能經(jīng)過(guò)一段距離，距離的長(zhǎng)短主要是根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)，但采樣線較長(zhǎng)會(huì)加大測(cè)量滯后時(shí)間，該時(shí)間是采樣線長(zhǎng)度和氣體從泄漏點(diǎn)到傳感器之間流動(dòng)速度的函數(shù)。對(duì)于某種目標(biāo)氣體和汽化物，如SiH4以及大多數(shù)生物溶劑，氣體和汽化物樣品量可能會(huì)因?yàn)槠湮阶饔蒙踔聊Y(jié)在采樣管壁上而減少。 

　　氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門(mén)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(wèn)題上目前還沒(méi)有統(tǒng)一，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。 

　　1 主要特性 

　　1.1 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(méi)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。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%。 

　　1.2 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-old limit value）或低爆炸限（LEL-lower explosive limit）的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。 

    　1.3選擇性 

　　選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過(guò)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(lái)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，傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。 

　　1.4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(guò)材料的選擇來(lái)確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_(kāi)發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到優(yōu)。 

　　2 主要原理及分類 

　　通常以氣敏特性來(lái)分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。 

　　2.1 半導(dǎo)體氣體傳感器 

　　半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。這些都是由材料的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。 

　　自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問(wèn)世以來(lái)，半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用普遍、具有實(shí)用價(jià)值的一類氣體傳感器，根據(jù)其氣敏機(jī)制可以分為電阻式和非電阻式兩種。 

　　電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器，是一種用金屬氧化物薄膜（例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等）制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣味分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器傳導(dǎo)率的變化。為了消除氣味分子還必須發(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。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對(duì)氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠、功率要求高.當(dāng)探測(cè)氣體中混有硫化物時(shí)，容易中毒。
    現(xiàn)在除了傳統(tǒng)的SnO，Sn02和Fe203三大類外，又研究開(kāi)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(kāi)發(fā)，大大提高了氣體傳感器的特性和應(yīng)用范圍。另外，通過(guò)在半導(dǎo)體內(nèi)添加Pt，Pd，Ir等貴金屬能有效地提高元件的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。它能降低被測(cè)氣體的化學(xué)吸附的活化能，因而可以提高其靈敏度和加快反應(yīng)速度。催化劑不同，導(dǎo)致有利于不同的吸附試樣，從而具有選擇性。例如各種貴金屬對(duì)Sn02基半導(dǎo)體氣敏材料摻雜，Pt，Pd，Au提高對(duì)CH4的靈敏度，Ir降低對(duì)CH4的靈敏度；Pt，Au提高對(duì)H2的靈敏度，而Pd降低對(duì)H2的靈敏度。利用薄膜技術(shù)、粒子薄膜技術(shù)制造的金屬氧化物氣體傳感器具有靈敏度高（可達(dá)10-9級(jí)）、一致性好、小型化、易集成等特點(diǎn)。 

    　非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場(chǎng)效應(yīng)管式（MOSFET）半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測(cè)氫和硅燒氣等可燃性氣體。其中，MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）與催化金屬（如鈕）接觸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到MOSFET的柵極，改變了器件的性能。通過(guò)分析器件性能的變化而識(shí)別VOC。通過(guò)改變催化金屬的種類和膜厚可優(yōu)化靈敏度和選擇性，并可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高，但制作工藝比較復(fù)雜，成本高。 

　　2.2 電化學(xué)型氣體傳感器 

　　電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測(cè)缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來(lái)，又開(kāi)發(fā)了檢測(cè)酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器?？煽仉娢浑娊馐絺鞲衅魇峭ㄟ^(guò)測(cè)量電解時(shí)流過(guò)的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測(cè)CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測(cè)血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過(guò)被測(cè)氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過(guò)測(cè)量離子極化電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)氣體的靈敏度高、選擇性好。 

　　2.3固體電解質(zhì)氣體傳感器 

　　固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，固體電解質(zhì)氣體傳感器由于電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、礦業(yè)、汽車(chē)工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量大、應(yīng)用廣，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。近來(lái)國(guó)外有些學(xué)者把固體電解質(zhì)氣體傳感器分為下列三類： 

　　1）材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子相同的傳感器，例如氧氣傳感器等。 

　　2）材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子不相同的傳感器，例如用于測(cè)量氧氣的由固體電解質(zhì)SrF2H和Pt電極組成的氣體傳感器。 

　　3）材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器，例如新開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的C02固體電解質(zhì)氣體傳感器是由固體電解質(zhì)NASICON（Na3Zr2Si2P012）和輔助電極材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03，Li2C03- BaC03組成的。 

　  目前新近開(kāi)發(fā)的高質(zhì)量固體電解質(zhì)傳感器絕大多數(shù)屬于第三類。又如：用于測(cè)量N02的由固體電解質(zhì)NaSiCON和輔助電極N02- Li2C03制成的傳感器；用于測(cè)量H2S的由固體電解質(zhì)YST-Au-W03制成的傳感器；用于測(cè)量NH3的由固體電解質(zhì)NH4-Ca203制成的傳感器；用于測(cè)量N02的由固體電解質(zhì)Ag0.4Na7.6和電極Ag-Au制成的傳感器等。 

    　2.4接觸燃燒式氣體傳感器 

　　接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料（如Pt電熱絲等）在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。這種傳感器對(duì)不燃燒氣體不敏感，例如在鉛絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即能檢測(cè)各種可燃?xì)怏w。這種傳感器有時(shí)稱之為熱導(dǎo)性傳感器，普遍適用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道和浴室廚房的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)。 

　　2.5光學(xué)式氣體傳感器 

　　光學(xué)式氣體傳感器包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學(xué)材料型等，主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過(guò)測(cè)量和分析紅外吸收峰來(lái)檢測(cè)氣體。目前的動(dòng)向是研制開(kāi)發(fā)了流體切換式、流程直接測(cè)定式和傅里葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測(cè)試分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能。光學(xué)式氣體傳感器還包括化學(xué)發(fā)光式、光纖熒光式和光纖波導(dǎo)式，其主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、可靠性好。 

　　光纖氣敏傳感器的主要部分是兩端涂有活性物質(zhì)的玻璃光纖?；钚晕镔|(zhì)中含有固定在有機(jī)聚合物基質(zhì)上的熒光染料，當(dāng)VOC與熒光染料發(fā)生作用時(shí)，染料極性發(fā)生變化，使其熒光發(fā)射光譜發(fā)生位移。用光脈沖照射傳感器時(shí)，熒光染料會(huì)發(fā)射不同頻率的光，檢測(cè)熒光染料發(fā)射的光，可識(shí)別VOC。 

　　2.6高分子氣體傳感器 

　　近年來(lái)，國(guó)外在高分子氣敏材料的研究和開(kāi)發(fā)上有了很大的進(jìn)展，高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合等特點(diǎn)，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)具有重要作用。高分子氣體傳感器根據(jù)氣敏特性主要可分為下列幾種： 

　　l）高分子電阻式氣體傳感器 

　　該類傳感器是通過(guò)測(cè)量高分子氣敏材料的電阻來(lái)測(cè)量氣體的體積分?jǐn)?shù)，目前的材料主要有歐菁聚合物、LB膜、聚毗咯等。其主要優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。但這種氣體傳感器要通過(guò)電聚合過(guò)程來(lái)激活，這既耗費(fèi)時(shí)間，又會(huì)引起各批次產(chǎn)品之間的性能差異。 

　　2）濃差電池式氣體傳感器 

　　濃差電池式氣體傳感器的工作原理是：氣敏材料吸收氣體時(shí)形成濃差電池，測(cè)量輸出的電動(dòng)勢(shì)就可測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)，目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。 
   
    　3）聲表面波（SAW）式氣體傳感器
   
    SAW氣體傳感器制作在壓電材料的襯底上，一端的表面為輸入傳感器，另一端為輸出傳感器。兩者之間的區(qū)域淀積了能吸附VOC的聚合物膜。被吸附的分子增加了傳感器的質(zhì)量，使得聲波在材料表面上的傳播速度或頻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量聲波的速度或頻率來(lái)測(cè)量氣體體積分?jǐn)?shù)。主要?dú)饷舨牧嫌芯郛惗∠?、氟聚多元醇等，用?lái)測(cè)量苯乙烯和甲苯等有機(jī)蒸汽。其優(yōu)勢(shì)在于選擇性高、靈敏度高、在很寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定、對(duì)濕度響應(yīng)低和良好的可重復(fù)性。SAW傳感器輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，因此可簡(jiǎn)便地與微處理器接口。此外，SAW傳感器采用半導(dǎo)體平面工藝，易于將敏感器與相配的電子器件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)微型化、集成化，從而降低測(cè)量成本。 

　　4）石英振子式氣體傳感器 

　　石英振子微秤（QCM）由直徑為數(shù)微米的石英振動(dòng)盤(pán)和制作在盤(pán)兩邊的電極構(gòu)成。當(dāng)振蕩信號(hào)加在器件上時(shí)，器件會(huì)在它的特征頻率。~30MHz）發(fā)生共振。振動(dòng)盤(pán)上淀積了有機(jī)聚合物，聚合物吸附氣體后，使器件質(zhì)量增加，從而引起石英振子的共振頻率降低，通過(guò)測(cè)定共振頻率的變化來(lái)識(shí)別氣體。 

　　高分子氣體傳感器，對(duì)特定氣體分子的靈敏度高、選擇性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在常溫下使用，補(bǔ)充其他氣體傳感器的不足，發(fā)展前景良好。 

　　3 加工技術(shù) 

　　在傳感器技術(shù)里，氣敏元件的制造工藝很多，但針對(duì)氣體傳感器的特性、材料，主要采用微電子機(jī)械技術(shù)（MEMT）。 

　　微電子機(jī)械技術(shù)是以微電子技術(shù)和微加工技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新技術(shù)，分為體微機(jī)械技術(shù)、表面微機(jī)械技術(shù)和X射線深層光刻電鑄成型（LIGA）技術(shù)。體微機(jī)械技術(shù)加工對(duì)象以體硅單晶為主，加工厚度幾十至數(shù)百微米，關(guān)鍵技術(shù)是腐蝕技術(shù)和鍵合技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，但可靠性差；表面微機(jī)械技術(shù)利用半導(dǎo)體工藝，如氧化、擴(kuò)散、光刻、薄膜沉積、犧牲層和剝離等專門(mén)技術(shù)進(jìn)行加工，厚度為幾微米，優(yōu)點(diǎn)是與IC工藝兼容性好，但縱向尺寸小，無(wú)法滿足高深寬比的要求，受高溫的影響較大；LIGA技術(shù)采用傳統(tǒng)的X射線包光，厚光刻膠作掩膜，電鑄成型工藝，加工厚度達(dá)到數(shù)微米至數(shù)十微米，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)精度很高的大批量生產(chǎn)。 

　　微電子機(jī)械技術(shù)是通過(guò)系統(tǒng)的微型化、集成化來(lái)探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。 

　　4 發(fā)展方向 

　　近年來(lái)，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來(lái)越高，因此對(duì)氣體傳感器的研究和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越重要。隨著科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)是微型化、智能化和多功能化。深入研究和掌握有機(jī)、無(wú)機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。 

    4.1新氣敏材料與制作工藝的研究開(kāi)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Zn0，SIlo2，Fe203等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測(cè)方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個(gè)方向：一是利用化學(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；二是研制開(kāi)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)。 

　　4.2新型氣體傳感器的研制 

　　沿用傳統(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(kāi)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穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 

　　4.3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。

催化型可燃?xì)怏w傳感器工作原理

一、產(chǎn)品描述
DETCON催化探頭式氣體傳感器總成是被設(shè)計(jì)用以監(jiān)視周?chē)諝庵锌扇細(xì)怏w濃度在爆炸下限中從0~100%的范圍內(nèi)的變化。該傳感技術(shù)是催化燃燒型，由成對(duì)的探頭組成，探頭可在現(xiàn)場(chǎng)更換。催化探頭對(duì)于種類繁多的可燃性氣體有敏銳的反應(yīng)。該技術(shù)對(duì)于可燃性氣體普遍適用性，可用于對(duì)幾種特定可燃性氣體的探測(cè)和監(jiān)視。DETCON傳感器經(jīng)特殊設(shè)計(jì)有防毒氣功能，能在多數(shù)工業(yè)環(huán)境中可靠工作五到十年。該技術(shù)還提供三種不同特點(diǎn)的防爆裝置.
二、工作原理
探測(cè)方式是擴(kuò)散和吸附?？諝夂蜋z測(cè)氣體通過(guò)一個(gè)燒結(jié)的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)與探測(cè)器及平衡器充分接觸。探測(cè)器上受熱的表面促進(jìn)可燃?xì)怏w分子的氧化；而經(jīng)過(guò)處理的平衡器不支持這一氧化過(guò)程，是惰性的。平衡器可在很廣的環(huán)境狀況下保持零點(diǎn)漂移的穩(wěn)定性。當(dāng)可燃?xì)怏w分子在探測(cè)器上氧化時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)溫度的增量并且它的電阻也隨之改變。阻值的改變經(jīng)惠斯通電橋測(cè)量。

三、為什么要選擇DETCON催化探頭傳感器？
目前有兩種主要的可燃性氣體濃度測(cè)量技術(shù)，即催化燃燒式及紅外光學(xué)式。根據(jù)其設(shè)計(jì)及操作特性各有其優(yōu)缺點(diǎn)。DETCON應(yīng)用兩種技術(shù)制造傳感器，已有很長(zhǎng)的歷史并取得了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的豐富經(jīng)驗(yàn)。催化燃燒探頭式傳感器采用普遍應(yīng)用的可燃性氣體探測(cè)技術(shù)，無(wú)論是對(duì)于有機(jī)氣體還是無(wú)機(jī)氣體。它應(yīng)用范圍廣，被譽(yù)為“不挑剔的傳感器”，對(duì)于烷烴類及非烷烴類可燃?xì)怏w均有較好的反應(yīng)。紅外傳感器則局限于只對(duì)于烷烴類可燃?xì)怏w的探測(cè)和監(jiān)視。這兩種傳感器都反應(yīng)靈敏并在許多工業(yè)環(huán)境中得到應(yīng)用。催化燃燒式被認(rèn)為是可燃性氣體檢測(cè)的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并以其可靠性和良好的現(xiàn)場(chǎng)工作性能贏得了很高的信譽(yù)。它在安裝維護(hù)中的靈活性和低成本使它更容易被接受。催化燃燒探頭式傳感器的校準(zhǔn)周期為90至180天。紅外傳感器則一般需要半年，或在有些情況下長(zhǎng)達(dá)一年。在任何應(yīng)用場(chǎng)合下，選擇的傳感器都會(huì)涉及到許多因素的考慮。從終用戶所需的精度及維護(hù)要求直到主要的環(huán)境狀況。DETCON的工程技術(shù)人員們?cè)笇?duì)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)作仔細(xì)研究并對(duì)傳感器選擇提出及時(shí)的幫助。以下的信息概括了催化燃燒探頭式傳感器的優(yōu)點(diǎn)。

四、產(chǎn)品特點(diǎn)：
結(jié)實(shí)耐用，對(duì)于惡劣的氣候及毒氣有很強(qiáng)的耐受力
使用壽命長(zhǎng)
可檢測(cè)所有的可燃性氣體，包括烷烴類及非烷烴類
低廉的更換及維護(hù)成本
受溫度、風(fēng)、粉塵及潮濕影響小

五、催化燃燒探頭式傳感器可用于哪些地區(qū)？
多雨及高濕度地區(qū)
骯臟及粉塵的操作環(huán)境
可能存在多種可燃性氣體的環(huán)境
非烷烴類可燃性氣體必須被檢測(cè)到的環(huán)境

氣體傳感器的種類及工作原理

目前國(guó)內(nèi)常用的氣體傳感器有哪些？

目前按照氣敏特性來(lái)分，主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種為普遍。

請(qǐng)介紹一下半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。

自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問(wèn)世以來(lái)，半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)今應(yīng)用普遍、實(shí)用的一類氣體傳感器。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須在高溫下工作、對(duì)氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不、功率高等方面。

半導(dǎo)體傳感器為什么需要加熱？

半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過(guò)程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒(méi)有加熱或加熱電壓過(guò)低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。

電化學(xué)氣體傳感器是怎樣工作的？

電化學(xué)氣體傳感器是通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)氣體的濃度，分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式，目前可以檢測(cè)許多有毒氣體和氧氣，后者還能檢測(cè)血液中的氧濃度。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。

半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別？

半導(dǎo)體傳感器因其簡(jiǎn)單低價(jià)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不目前還只是在民用級(jí)別使用。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場(chǎng)合。

固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器是怎樣的？

顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長(zhǎng)于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

接觸燃燒式氣體傳感器是怎樣的？

接觸燃燒式氣體傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。

光學(xué)式氣體傳感器是怎樣的？

光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。由于不同氣體對(duì)紅外波吸收程度不同，通過(guò)測(cè)量紅外吸收波長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)氣體。目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)頗高。