氣體傳感器是***種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。探測頭通過(guò)氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調理，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***種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置！氣體傳感器***般被歸為化學(xué)傳感器的***類(lèi)，盡管這種歸類(lèi)不***定科學(xué)。

產(chǎn)品介紹

“氣體傳感器”包括：半導體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、紅外線(xiàn)氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器等。

特性

氣體傳感器是化學(xué)傳感器的***大門(mén)類(lèi)。從工作原理、特性分析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對象到應用領(lǐng)域，都可以構成獨立的分類(lèi)標準，衍生出***個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類(lèi)體系，尤其在分類(lèi)標準的問(wèn)題上還沒(méi)有統***，要對其進(jìn)行嚴格的系統分類(lèi)難度頗大。接下來(lái)了解***下氣體傳感器的主要特性：

1、穩定性

穩定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內基本響應的穩定性，取決于零點(diǎn)漂移和區間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒(méi)有目標氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內傳感器輸出響應的變化。區間漂移是指傳感器連續置于目標氣體中的輸出響應變化，表現為傳感器輸出信號在工作時(shí)間內的降低。理想情況下，***個(gè)傳感器在連續工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。

2、靈敏度

靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴(lài)于傳感器結構所使用的技術(shù)。大多數氣體傳感器的設計原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。***先要考慮的是選擇***種敏感技術(shù)，它對目標氣體的閥限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或***低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。

3、選擇性

選擇性也被稱(chēng)為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^(guò)測量由某***種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應來(lái)確定。這個(gè)響應等價(jià)于***定濃度的目標氣體所產(chǎn)生的傳感器響應。這種特性在追蹤多種氣體的應用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會(huì )降低測量的重復性和可靠性，理想傳感器應具有高靈敏度和高選擇性。

4、抗腐蝕性

抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分數目標氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應能夠承受期望氣體體積分數10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應盡可能小。

氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩定性等，主要通過(guò)材料的選擇來(lái)確定。選擇適當的材料和開(kāi)發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達到***優(yōu)。 

選擇

根據測量對象與測量環(huán)境

根據測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型。 要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作，***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。因為，即使是測量同***物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪***種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下***些具體問(wèn)題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線(xiàn)或是非接觸測量；傳感器的來(lái)源，***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(wèn)題之后就能確定選用何種類(lèi)型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。

靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線(xiàn)性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時(shí)，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì )被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的于擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

響應特性 （反應時(shí)間）

傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測量中，應根據信號的特點(diǎn) (穩態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差。

線(xiàn)性范圍

傳感器的線(xiàn)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，靈敏度保持定值。傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證***定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當傳感器的種類(lèi)確定以后***先要看其量程是否滿(mǎn)足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線(xiàn)性，其線(xiàn)性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時(shí)，在***定的范圍內，可將非線(xiàn)性誤差較小的傳感器近似看作線(xiàn)性的，這會(huì )給測量帶來(lái)極大的方便。 

優(yōu)缺

優(yōu)點(diǎn)

紅外氣體傳感器及儀器應用廣泛，適用于監測近乎各種易氣體。具有精度高、選擇性好、可靠性高、不中毒、不依賴(lài)于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(cháng)等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。并在未來(lái)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?；a(chǎn)程度低，造成成本高，基本在上千元左右。 

分類(lèi)

半導氣體傳感器

這種類(lèi)型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據其機理分為電導型和非電導型，電導型中又分為表面型和容積控制型。

（1） SnO2半導體是典型的表面型氣敏元件，其傳感原理是SnO2為n 型半導體材料。當施加電壓時(shí)，半導體材科溫度升高，被吸附的氧接受了半導體中的電子形成了O2或O2原性氣體H2、CO、CH4存在時(shí)，使半導體表面電阻下降，電導上升，電導變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導體，氧化性氣體使電導下降，對O2敏感。ZnO半導體傳感器也屬于此種類(lèi)型。

a. 電導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。

容積控制型半導體氣體傳感器可檢測氣體為液化石油氣、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致電導率變化，電導變化與氣體濃度成比例關(guān)系。

Fe2O8、TiO2屬于此種，對可燃性氣體敏感。

（3）熱線(xiàn)性傳感器，是利用熱導率變化的半導體傳感器，又稱(chēng)熱線(xiàn)性半導體傳感器，是在Pt 絲線(xiàn)圈上涂敷SnO2層，Pt絲除起加熱作用外，還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱，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，導熱率隨自由電子濃度增加而增大，散熱率相應增高，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(xiàn)性關(guān)系。

這種傳感器體積小、穩定、抗毒，可檢測低濃度氣體，在可燃氣體檢測中有重要作用。

（4）非電導型的FET場(chǎng)效應晶體管氣體傳感器，Pd —FET．場(chǎng)效應晶體管傳感器，利用Pd 吸收H z 并擴散達到半導體Si 和Pd的界面，減少Pd 的功函，這種對H2、CO敏感。非電導型FET場(chǎng)效應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。 [2]

固體電解質(zhì)氣體傳感器

這種傳感器元件為離子對固體電解質(zhì)隔膜傳導，稱(chēng)為電化學(xué)池，分為陽(yáng)離子傳導和陰離子傳導，是選擇性強的傳感器，研究較多達到實(shí)用化的是氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器，其機理是利用隔膜兩側兩個(gè)電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩定的氧化鉻固體電解質(zhì)傳感器已成功地應用于鋼水中氧的測定和發(fā)動(dòng)機空燃比成分測量等。

為彌補固體電解質(zhì)導電的不足，近幾年來(lái)在固態(tài)電解質(zhì)上鍍***層氣敏膜，把圍周環(huán)境中存在的氣體分子數量和介質(zhì)中可移動(dòng)的粒子數量聯(lián)系起來(lái)。 [2]

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?？扇細怏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(lèi)傳感器的應用面廣、體積小、結構簡(jiǎn)單、穩定性好，缺點(diǎn)是選擇性差。 [2]

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

是將被測氣體在特定電場(chǎng)下電離，由流經(jīng)的電解電流測出氣體濃度，這種傳感器靈敏度高，改變電位可選擇的檢洌氣體，對毒性氣體檢測有重要作用。

（2）原電池式氣體傳感器

在KOH電解質(zhì)溶液中，Pt —Pb或Ag —Pb 電極構成電池，已成功用于檢測O2，其靈敏度高，缺點(diǎn)是透水逸散吸潮，電極易中毒。 [2]

光學(xué)氣體傳感器

（1）直接吸收式氣體傳感器

紅外線(xiàn)氣體傳感器是典型的吸收式光學(xué)氣體傳感器，是根據氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分，非分散紅外吸收光譜對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(xiàn)吸收、相關(guān)分光、二次導數、自調制光吸收法對NO、NO2、SO2、烴類(lèi)( CH4) 等氣體具有較高的靈敏度。

（2）光反應氣體傳感器

光反應氣體傳感器是利用氣體反應產(chǎn)生色變引起光強度吸收等光學(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

光導纖維溫度傳感器為這種類(lèi)型，在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應、發(fā)熱。溫度改變，導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實(shí)用化程度，檢測氣體也是成功的。

此外，利用其它物理量變化測量氣體成分的傳感器在不斷開(kāi)發(fā)，如聲表面波傳感器檢測SO2、NO2、H2S、NH3、H2 等氣體也有較高的靈敏度。 

選用技巧

有害氣體檢測的氣體傳感器的***大作用，有害氣體的檢測有兩個(gè)目的，第***是測爆，第二是測毒。所謂測爆是檢測危險場(chǎng)所可燃氣含量，超標報警，以避免爆炸事故的發(fā)生；測毒是檢測危險場(chǎng)所有毒氣體含量，超標報警，以避免工作人員中毒。

有害氣體有三種情況第***、無(wú)毒或低毒可燃，第二、不燃有毒，第三、可燃有毒。針對這三種不同的情況，***般我們選擇傳感器需要選擇不同的氣體傳感器。例如測爆選擇可燃氣體檢測報警儀，測毒選擇有毒氣體檢測報警儀等。其次我們需要選擇氣體傳感器的類(lèi)型，***般有固定式和便攜式。生產(chǎn)或貯存崗位長(cháng)期運行的泄漏檢測選用固定式氣體傳感器；其他象檢修檢測、應急檢測、進(jìn)入檢測和巡回檢測等選用便攜式氣體傳感器。

氣體傳感器類(lèi)型有成百上千種，針對不同的氣體傳感器可能有不同的選用技巧，客戶(hù)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(xún)傳感器廠(chǎng)***的技術(shù)人員，讓他們?yōu)槟氵x擇合適的氣體傳感器，或者請傳感器技術(shù)人員上面勘察以便更好的選擇氣體傳感器。 

發(fā)展

***、著(zhù)重于新氣敏材料與制作工藝的研究開(kāi)發(fā)

對氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導體材料ZnO，SiO2，Fe2O3等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測方面。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，對現有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩定性和選擇性;

2、是研制開(kāi)發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復合型和混合型半導體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩定性。由于有機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)。

二、新型氣體傳感器的研制

用傳統的作用原理和某些新效應，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)和微結構設計，研制新型傳感器及傳感器系統，如光波導氣體傳感器、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(zhù)新材料、新工藝和新技術(shù)的應用，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(cháng)期穩定性好、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(zhù)人們生活水平的不斷提高和對環(huán)保的日益重視，對各種有毒、有害氣體的探測，對大氣污染、工業(yè)廢氣的監測以及對食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測都對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械與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(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)的基礎上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監測多種氣體的全自動(dòng)數字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。 

應用

應用于建設環(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領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，環(huán)境問(wèn)題***直是全***乃至全世界***關(guān)心的話(huà)題之***，人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境***直在遭受著(zhù)嚴重的破壞，如何保護環(huán)境就需要建立環(huán)境監管機制，建設物聯(lián)網(wǎng)成為必要，而氣體傳感器作為環(huán)境檢測的必備傳感器將有助于建設環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)***核心和***基礎的環(huán)節，是各種信息和人工智能的橋梁，其技術(shù)領(lǐng)域中重要門(mén)類(lèi)之***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)、有機高分子等眾多基礎和應用學(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)預測事故的準確性，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)現安全監察和安全生產(chǎn)監督管理的電子化，變被動(dòng)救災為主動(dòng)防災，使安全生產(chǎn)向科學(xué)化管理邁進(jìn)。