各类气体传感器的简单解读
气体传感器是气体监测系统的核心部件,通常安装在气体检测仪的探测头内。从本质上来说,气体传感器是一种能够将某种气体体积分数转化成对应可识别的电信号的转换器。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、样品抽吸,甚至对样品进行化学处理,以便化学传感器可以更快速地测量。
气体种类繁多,性质各异,因此,气体传感器种类也很多。按待检气体性质可分为:用于检测易燃易爆气体的传感器,如氢气、一氧化碳、瓦斯、汽油挥发气等;用于检测有毒气体的传感器,如氯气、硫化氢、砷烷等;用于检测工业过程气体的传感器,如炼钢炉中的氧气、热处理炉中的二氧化碳;用于检测大气污染的传感器,如形成酸雨的NOx、CH4、O3,家庭污染如甲醛等。按气体传感器的结构还可分为干式和湿式两类;按传感器的输出可分为电阻式和费电阻式两类;按检测院里可分为电化学法、电气法、光学法、化学法几类。

半导体气体传感器
半导体气体传感器可分为电阻型和非电阻型(结型、MOSFET型、电容型)。电阻型气敏器件的原理是气体分子引起敏感材料电阻的变化;非电阻型气敏器件主要有M()s二极管和结型二极管以及场效应管(M()SFET),它利用了敏感气体会改变MOSFET开启电压的原理,其原理结构与ISFET离子敏传感器件相同。
固体电解质气体传感器
固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质,当用作气体传感器时,它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中,可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用,其重要性仅次子金属—氧化物一半导体气体传感器。
红外气体传感器
由不同原子构成的分子会有独特的振动、转动频率,当其受到相同频率的红外线照射时,就会发生红外吸收,从而引起红外光强的变化,通过测量红外线强度的变化就可以测得气体浓度;需要说明的是振动、转动是两种不同的运动形态,这两种运动形态会对应不同的红外吸收峰,振动和转动本身也有多样性;因此一般情况下一种气体分子会有多个红外吸收峰;根据单一的红外吸收峰位置只能判定气体分子中有什么基团,精确判定气体种类需要看气体在中红外区所有的吸收峰位置即气体的红外吸收指纹。但在已知环境条件下,根据单一红外吸收峰的位置可以大致判定气体的种类。由于在零下273摄氏度即绝对零度以上的一切物质都会产生红外幅射,红外幅射与温度正相关,因此,同催化元件一样,为消除环境温度变化引起的红外幅射的变化,红外气体传感器中会由一对红外探测器构成。
一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。
非色散红外吸收气体传感器
非色散:白光通过三棱镜会被分为七色光即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。这个三棱镜就是一个分光系统,能把7色光分开。有分光系统的光学系统即色散型光学系统,无分光系统的光学系统即非色散性。非色散系统简易、可靠、小巧、廉价。平时我们感受到的白光、紫外、紅外光都是不同频率、波长混合成的光;而单频率、单波长的光即单色光。前面讲到只有红外线的频率和气体分子振动、转动频率相同时才会产生红外吸收,理论上在设计气体传感器时,我们希望用单色光去照射气体或者照射后我们用设置光栅(滤光片)的办法获得单色光。
非色散红外气体传感器通常由光源、光学腔体、滤光片(光栅)、探测器和信号调理电路构成,在传感器中滤光片和探测器是一体的。
催化燃烧式气体传感器
一般由线径15um或20um或30um的高纯度铂线圈并在其外包裹载体催化剂形式球体,在一定的温度条件下,当可燃性气体与上述球体接触时会与其表面的吸附氧发生剧烈的无焰燃烧反应,反应释放的热量导致铂线圈温度变化,温度变化又导致铂线圈电阻发生变化,测量电阻变化就可以测到气体浓度。
电化学气体传感器
电化学就是研究电学和化学行为之间关系的学科。这个学科最重要的应用是电能与化学能之间的高效转换和大功率密度存储技术。我们知道本质上传感器是一种能量转换装置,如压力传感器就是把机械能转换为电能的装置。因此,很容易理解,电化学气体传感器就是一个电池,叫气体燃料电池。
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