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气敏传感器
ca88亚洲城ca888亚洲城官网市亚洲城88游戏娱乐科技开发有限公司作者:ac88亚洲城2017-12-22 16:35:42亚洲城娱乐985次
气敏传感器是一种利用被测气体与气敏元件发生的化学反应或物理效应等机理,把被测气体的种类或浓度的变化转化成气敏元件输出电压或电流的变化。半导体电阻式气敏传感器则是利用气体吸附在半导体上而使半导体的电阻值随着可燃气体浓度的变化而变化的特性来实现对气体的种类和浓度的判断。
 
外文名 外文名
气敏传感器 gas sensor
 
 
 
 
目录
 
1、气敏传感器的简介
2、气敏传感器工作原理
3、气敏传感器的分类
4、气敏传感器的应用
5、气敏传感器的温湿度补偿
6、气敏传感器的性能必须满足的条件:
 
 
 
气敏传感器的简介
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等,其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有:一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
它将气体种类极其与浓度有关的信息转换成电信号,根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息,从而可以进行检测、监控、报警;还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
 
 
 
气敏传感器工作原理
声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜,当该气敏薄膜与待测气体相互作用(化学作用或生物作用,或者是物理吸附),使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时,引起压电晶体的声表面波频率发生漂移;气体浓度不同,膜层质量和导电率变化程度亦不同,即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。
 
气敏传感器的分类
3.1.半导体气敏传感器
半导体气敏传感器的敏感元件大多是以金属氧化物半导体为基础材料,可分为电阻式和非电阻式两种,如表1所示。当被测气体在半导体表面吸附后,使半导体敏感材料的电学特性(例如电导率)发生变化,通过测量其变化,就可以实现对气体的检测。对半导体气敏传感器,目前流行的定性模型是:原子价控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
优点:成本低,反应快,灵敏度高,湿度影响小。
缺点:必须高温工作,对气体选择性差。
3.2.光学气敏传感器
光学气敏传感器可以工作在红外波段和紫外—可见光波段。
大多数气体分子的振动和转动光谱都在红外波段。当入射红外辐射的频率与分子的振动转动特征频率相同时,红外辐射就会被气体分子所吸收,引起辐射强度的衰减。典型的红外吸收式气敏传感器结构如图1所示。红外光源产生的红外光入射到测量槽,照射到某种被测气体时,根据气体种类不同,将对不同波长的红外光具有不同的吸收特性,同种气体不同浓度对红外光的吸收量也不同。因此,通过测量到达光敏元件的红外光的强度,根据红外光源的波长和光敏元件输出的电信号就可以知道被测气体的种类和浓度。
某些材料和特定气体接触反应后其在紫外—可见光波段的吸收光谱会发生变化,比如甲基红在酸性气氛中会发生变色。用此类材料作为敏感元件可以在紫外—可见光波段实现对气体的检测。
光学气敏传感器精度高、选择性好,气敏度范围宽,是钢铁,石化,化肥,机械等工业部门生产流程控制的重要监测手段;在环境污染成分检测和医学生理研究等方面也都有许多成功的应用。其缺点是价格偏高,使用和维护难度较大。
3.3.接触燃烧式气敏传感器
典型的接触式燃烧式气敏传感器结构与电路原理图如图2所示。氧化催化剂中埋设有白金等金属线,工作时金属圈中通电流使温度保持在300~600℃,当可燃气体接触传感器表面时会发生燃烧,所产生的热量使金属丝进一步温度升高,致使电阻值增大,导致电桥失衡产生输出。不同种类不同浓度的可燃气体燃烧产生的热量不同,对应不同的电路输出。
p;接触燃烧式气敏传感器一般用于石油化工、造船厂、矿山及隧道等场合,以检测石油类可燃烧性气体的存放情况和防止危险事故发生。
优点:对气体选择性好,线性好,受温度、湿度影响下,响应快。
缺点:对低浓度的可燃性气体的气体敏感度低,敏感元件受到催化剂的侵害后其特性锐减,金属丝易断。
3.4.电化学气敏传感器
电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是憎水屏障,最终到达传感电极表面发生反应,以形成充分的电信号,通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。
电化学气敏传感器主要用于相对封闭环境中有毒有害气体的检测,比如矿井、居室、工作间等地对CO,H2S和甲醛等的监测和报警。
优点:选择性好,反应迅速,灵敏度高,可实时连续检测。
缺点:易受环境影响,价格较高。
3.5. 各种气敏传感器的反应机理和优缺点综述
 
气敏传感器的应用
4.1.家用气体报警器
4.2. 有害气体辨别
4.3.可燃性气体浓度检测
4.4.矿灯瓦斯报警器
4.5.烟雾报警器
4.6.酒精检测报警器
 
气敏传感器的温湿度补偿
气敏传感器在测量中受环境温湿度变化的影响很大,不考虑温湿度变化因素会给测量带来较大误差。图2-3说明了环境温湿度变化给测量带来的影响。
图中Rs为乙醇气敏传感器敏感元件的电阻值,-△Rs为气敏传感器正常工作时待测气体浓度导致敏感元件的电阻值的变化值,-△Rb为气敏传感器受到诸如温度、湿度等环境因素影响导致的电阻值的变化值;
是采样电阻,一般选用金属膜电阻,温湿度等环境变化对它的影响很小。此外,采样电阻
本身产生的温度影响可以忽略不计。
 
 
气敏传感器的性能必须满足的条件:
6.1.能够检渊易爆炸气体的允许浓度、有害气体的允许浓度和其他基准设定浓度。并能及时给出报薯、显示与控制信号;
6.2.对被侧气体以外的共存气体或物质不敏感;
6.3.长期稳定性好、重复性好
6.4.动态特性好、响应迅速;
6.5.使用、维护方便,价格便宜等。