所謂氣體傳感器,是指用于探測在一定區(qū)域范圍內(nèi)是否存在特定氣體和/或能連續(xù)測量氣體成分濃度的傳感器。在煤礦、石油、化工、市政、醫(yī)療、交通運輸、家庭等安全防護方面,氣體傳感器常用于探測可燃、易燃、有毒氣體的濃度或其存在與否,或氧氣的消耗量等。
氣體傳感器主要用于針對某種特定氣體進行檢測,測量該氣體在傳感器附近是否存在,或在傳感器附近空氣中的含量。因此,在安全系統(tǒng)中,氣體傳感器通常都是不可或缺的。
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(yīng)用領(lǐng)域,都可以構(gòu)成獨立的分類標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個個紛繁龐雜的分類體系,尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一,要對其進行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。
氣體傳感器的分類
從檢測氣體種類上,通常分為可燃?xì)怏w傳感器(常采用催化燃燒式、紅外、熱導(dǎo)、半導(dǎo)體式)、有毒氣體傳感器(一般采用電化學(xué)、金屬半導(dǎo)體、光離子化、火焰離子化式)、有害氣體傳感器(常采用紅外、紫外等)、氧氣(常采用順磁式、氧化鋯式)等其它類傳感器。
從使用方法上,通常分為便攜式氣體傳感器和固定式氣體傳感器。
從獲得氣體樣品的方式上,通常分為擴散式氣體傳感器(即傳感器直接安裝在被測對象環(huán)境中,實測氣體通過自然擴散與傳感器檢測元件直接接觸)、吸入式氣體傳感器(是指通過使用吸氣泵等手段,將待測氣體引入傳感器檢測元件中進行檢測。根據(jù)對被測氣體是否稀釋,又可細(xì)分為完全吸入式和稀釋式等)。
從分析氣體組成上,通常分為單一式氣體傳感器(僅對特定氣體進行檢測)和復(fù)合式氣體傳感器(對多種氣體成分進行同時檢測)。
按傳感器檢測原理,通常分為熱學(xué)式氣體傳感器、電化學(xué)式氣體傳感器、磁學(xué)式氣體傳感器、光學(xué)式氣體傳感器、半導(dǎo)體式氣體傳感器、氣相色譜式氣體傳感器等。
先來了解一下氣體傳感器的特性:
1、穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時,整個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理想情況下,一個傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點漂移小于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),它對目標(biāo)氣體的閥限制或低爆炸限的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。
3、選擇性
選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個響應(yīng)等價于一定濃度的目標(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,因為交叉靈敏度會降低測量的重復(fù)性和可靠性,理想傳感器應(yīng)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?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時,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,主要通過材料的選擇來確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料,使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到優(yōu)。
接下來是關(guān)于不同氣體傳感器的檢測原理、特點和用途:
一、半導(dǎo)體式氣體傳感器
根據(jù)由金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料制成的檢測元件,與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng),引起載流子運動為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化而進體濃度測量的。
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