發布日期：2022-10-09 點擊率：144
原標題：常見的氣體傳感器種類
可燃氣體和有毒氣體是石油化工、天然氣加工等特殊工業場合最常見的危險氣體，主要包括烷烴等有機氣體和一氧化碳等無機氣體。隨著石油和天然氣行業開發步伐不斷擴大，安全成為這些行業的頭等大事，有毒有害氣體檢測儀器的作用也越來越大。
氣體傳感器是氣體檢測儀的關鍵部件，按使用原理可分為三大類：
1.物理化學性質的氣體傳感器
如半導體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導式等。
2.物理性質的氣體傳感器
如熱傳導式、光干涉式、紅外吸收式等。
3.電化學性質的氣體傳感器
如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質式等。
根據危害，行業內將有毒有害氣體分為可燃氣體和有毒氣體兩大類。檢測這些氣體需要考慮它們自身的性質和危害，根據實際條件選用不同的氣體檢測儀器不同和氣體傳感器。返回搜狐，查看更多
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氣敏傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器，它對于環境保護和安全監督方面起著極重要的作用。氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測現場溫度、濕度的變化很大， 又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對傳感元件的材料會產生化學反應物，附著在元件表面，往往會使其性能變差。所以對氣敏傳感器有下列要求：能夠檢測報警氣體的允許濃度和其他標準數值的氣體濃度，能長期穩定工作，重復性好，響應速度快，共存物質所產生的影響小等。
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中文名
氣敏傳感器
外文名
gas sensor
目 的
檢測氣體濃度和成分
領 域
硬件
目錄
1
概述
2
工作原理
3
分類
4
應用
氣敏傳感器概述
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語音
氣敏傳感器的應用主要有：一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R11、R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電信號，根據這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環境中的存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統。
[1]
氣敏傳感器工作原理
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語音
聲波器件表面的波速和頻率會隨外界環境的變化而發生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質量和導電率發生變化時，引起壓電晶體的聲表面波頻率發生漂移；氣體濃度不同，膜層質量和導電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準確的反應氣體濃度的變化值。
[1]
氣敏傳感器分類
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語音
1970年，荷蘭科學家Bergveld研制出了對氫離子響應的離子敏感場效應晶體管，標志著離子敏半導體傳感器的誕生。半導體傳感器以其易于實現集成化，微型化、靈敏度高等諸多優點，一直引起世界各國科學家的重視和興趣。由于電子技術的飛速發展，以半導體傳感器為代表的各種固態傳感器相繼問世。這類傳感器主要是以半導體為敏感材料，在各種物理量的作用下引起半導體材料內載流子濃度或分布的變化，通過檢測這些物理特性的變化，即可反映被測參數值。它與各種結構型傳感器相比，具有如下特點：由于傳感器原理是基于物理變化的，因而沒有相對運動部件，可以做到結構簡單，微型化；靈敏度高，動態性能好，輸出為電量；采用半導體為敏感材料容易實現傳感器集成化，智能化；功耗低，安全可靠。同時，半導體傳感器也存在以下一些缺點：線性范圍窄，在精度要求高的場合應采用線性化補償電路；與所有半導體元件一樣，輸出特性易受溫度影響而漂移，所以應采用補償措施；性能參數離散性大。雖然存在上述問題，但半導體傳感器仍是傳感器發展的重要方向，尤其是大規模集成電路技術的不斷發展，半導體傳感器的技術也日臻完善。從所使用的材料來看，凡是使用半導體為材料的傳感器都屬于半導體式傳感器，如，霍爾元件、光敏、磁敏、二極管和三極管熱敏電阻、壓阻式傳感器、光電池、氣敏、濕敏、色敏和離子敏等傳感器。有些內容與其他傳感器互相交叉，已在其它章中介紹。本章主要介紹氣敏、濕敏、磁敏、色敏和離子敏半導體式傳感器。
[2]
氣敏傳感器應用
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語音
氣敏傳感器的應用主要有：一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂勠11、R12蘺檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電信號根據這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環境中的存在情況有關的信息從而可以進行檢測、監控、報警還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統。 由于氣體種類繁多, 性質各不相同不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體因此能實現氣-電轉換的傳感器種類很多按構成氣敏傳感器材料可分為半導體和非半導體兩大類。實際使用最多的是半導體氣敏傳感器因此本文主要講述半導體氣敏元件的有關原理及應用。半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體表面接觸時，產生的電導率等物理性質變化來檢測氣體的。 按照半導體與氣體相互作用時產生的變化只限于半導體表面或深入到半導體內部，可分為表面控制型和體控制型，前者半導體表面吸附的氣體與半導體間發生電子接受，結果使半導體的電導率等物理性質發生變化，但內部化學組成不變，后者半導體與氣體的反應，使半導體內部組成發生變化而使電導率變化。 按照半導體變化的物理特性，又可分為電阻型和非電阻型，電阻型半導體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時，其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度廠半導體式氣敏元件則是根據氣體的吸附和反應，使其某些關系特性發生改變無對氣體進行直接或間接的檢測，如二極管伏安特性和場效應晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的。
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氣敏傳感器在電工電路中的控制關系
本期我們的主題是氣敏傳感器在電工電路中的控制關系。氣敏傳感器是一種將某種氣體的有無或濃度轉換為電信號的器件，可檢測出環境中某種氣體及其濃度，并轉換成相應的電信號，主要用于可燃或有毒氣體泄漏的報警電路中。圖3-26為氣敏傳感器在實際電路中的連接關系。精彩演示圖3-26 氣敏傳...
2020-03-112
閱讀91
參考資料
1.
祝詩平．傳感器與檢測技術：北京大學出版社，中國林業出版社，2006年：165
2.
Lang, M.A. (2001). DAN Nitrox Workshop Proceedings. Durham, NC: Divers alert Network. p. 197. Retrieved 2009-03-20.
氣敏傳感器種類有半導體氣敏元件（電阻型、非電阻型）、固體電解質氣敏元件、
接觸燃燒式、電化學式等其他類型。
電阻型半導體氣敏材料的導電機理：
半導體氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值
變化而制成的。當半導體器件被加熱到穩定狀態，在氣體接觸半導體表面而被吸附時，
被吸附的分子首先在物體表面自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發掉，另一
部分殘留分子產生熱分解而化學吸附在吸附處。當半導體的功函數小于吸附分子的親
和力（氣體的吸附和滲透特性），則吸附分子將從器件奪得電子而變成負離子吸附，
半導體表面呈現電荷層。例如氧氣等具有負離子吸附傾向的氣體被稱為氧化型氣體或
電子接受性氣體。如果半導體的功函數大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋
放出電子，而形成正離子吸附。具有正離子吸附傾向的氣體有氫氣、一氧化碳、碳氫
化合物和醇類，它們被稱為還原性氣體或電子供給性氣體。
當氧化型氣體吸附到
N
型半導體，還原型氣體吸附到
P
型半導體上時，將使半導
體載流子減少，而使電阻增大。當還原型氣體吸附到
N
型半導體上，氧化型氣體吸附
到
P
型半導體上時，則載流子增多，使半導體電阻下降。由于空氣中的含氧量大體上
是恒定的，因此氧化的吸附量也是恒定的，器件阻值也相對固定。若氣體濃度發生變
化，其阻值也會變化。根據這一特性，可以從阻值的變化得知吸附氣體的種類和濃度。
半導體氣敏時間（響應時間）一般不超過
1min
。
N
型材料有
SnO2,ZnO,TiO
等，
P
型
材料有
MoO2,CrO3
等。
氣敏傳感器通常由氣敏元件、加熱器和封裝體等三部分組成。氣敏元件從制造工
藝來分有燒結型、薄膜型和厚膜型三類。
加熱器的作用是將附著在敏感元件表面上的塵埃、油霧等燒掉，加速氣體的吸附，
提高其靈敏度和響應速度。加熱器的溫度一般控制在
200
℃
~400
℃左右。在氣敏材料
SnO2
中添加鉑（
Pt
）或鈀（
Pd
）等作為催化劑，可以提高其靈敏度和對氣體的選擇性。
添加劑的含量和成分，元件的燒結溫度和工作溫度都將影響元件的選擇性。
展開全文
半導體氣體傳感器：
半導體氣體傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化還原反應導致敏感元件組織發生變化而制成的。當半導體器件被加熱到穩定狀態，在氣體接觸半導體表面而被吸附時，被吸附的分子首先在物體表面自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發掉，另一部分殘留分子產生熱分解吸附在物體表面。當半導體的功函數小于吸附分子的親和力，則吸附分子將從器件奪走電子而變成負離子吸附，半導體表面呈現電荷層。[1]例如氧氣，等具有負離子吸附傾向的氣體被稱為氧化型氣體。如果半導體的功函數大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。具有正離子吸附傾向的氣體有氫氣、一氧化碳等，它們被稱為還原性氣體。 當氧化型氣體吸附到n型半導體，還原性氣體吸附到p型半導體上時，將使半導體載流子減少，而使電阻增大。當還原型氣體吸附到n型半導體上，氧化型氣體吸附到p型半導體上時，則載流子增多，半導體阻值下降。 非電阻型氣體傳感器也是半導體氣體傳感器之一。它是利用mos二極管的電容-電壓特性的變化以及mos場效應晶體管的閾值電壓變化等特性而制成的氣體傳感器。由于這類傳感器的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩定價格便宜。利用特定材料還可以使傳感器對某些氣體特別敏感。
催化燃燒式傳感器：
可燃氣體報警器的原理基本上都是催化燃燒式
催化燃燒式氣體傳感器是采用惠斯通電橋原理，由檢測元件和補償元件配對構成測量電橋，在一定溫度條件下，可燃氣體在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發生無焰燃燒，載體溫度就升高，通過它內部的鉑絲電阻也相應升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號，再經過后期電路的放大、穩定和處理zui終顯示可靠的數值。
電化學傳感器：
電化學傳感器是兩電極系統。其工作電極和對電極由一薄層電解液隔開并經由一個很小的電阻聯通外電路。當氣體 擴散進入傳感器后，在敏感電極表面進行氧化或還原反應，產生電流并通過外電路流經兩個電極。該電流的大小比例于氣體的濃度，可通過外電路的負荷電阻予以測量。
電化學氣體傳感器大都是以水溶液作為電解質，電解質的蒸發或污染，常會導致傳感器的信號下降，使用壽命短;由于在空氣中有被測物質存在，傳感器中的有效成分被消耗，因此傳感器一旦被啟封，就視為參加了使用，即使沒用于測量，它的生命也在縮短;電化學型氣體傳感器的壽命期望值為2年，使用不當它的壽命可能更短，而傳感器更換的費用較高。因此如何保證其使用壽命，傳感器的正確維護對煙氣分析儀的使用尤為重要。
電化一般應用于硫化氫、甲醛、氯氣等有毒氣體的檢測！
光離子氣體傳感器（PID）：
光離子氣體傳感器又稱PID氣體傳感器。采用光離子電離氣體的原理制成的光離子氣體傳感器，具有體積小，靈明度高，即插即用，本安型等特點，光離子氣體傳感器在有機揮發物（VOCs）等微量氣體的檢測方面具有無可比擬的優勢，由于封裝模式完全兼容City Technology - 4P封裝，因此可以非常便捷的集成到手持/臺式/固定式氣體探測系統中
1.光離子氣體傳感器工作原理：
光離子氣體傳感器（PID）是采用光離子電離氣體的原理進行氣體檢測的。 具體的說，就是使用離子燈產生的紫外光對目標氣體進行照射/轟擊，目標氣體吸收了足夠的紫外光能量后就會被電離，通過檢測氣體電離后產生的微小電流，即可檢測出目標氣體的濃度。
典型的光離子型氣體傳感器結構示意圖如下：
絕大多數空氣成分（N2、O2和CO2）的光離子能量都高于離子燈所能提供的能量，所以空氣的成分是不會被檢測到的。因此，光離子氣體傳感器（PID）非常適合用來檢測環境氣體中的有機揮發物（VOCs），而且不受空氣的干擾，檢測精度可以達到ppb級別.。
2. 光離子氣體傳感器（PID）檢測氣體類型：
光離子氣體傳感器（PID）是檢測有機揮發物（VOCs）的zui便捷、zui靈敏的檢測手段，特別是對于哪些濃度非常低的氣體泄漏（leak）有著其他類型傳感器不可比擬的優勢， 概括的講，光離子氣體傳感器（PID）主要用于有機揮發物（VOCs）的檢測，這些揮發物包括：
· 芳香類：苯、二甲苯、萘等；
· 飽和烴和不飽和烴類：辛烷、乙烯、環己烷等；
· 酮、醛、醚類：丙酮、丙醛、丙甲醚等；
· 鹵代烴類、硫代烴類、醇類、酯類、肼類等。
· 此外，可檢測的無機物包括：砷、氨。
下列物質是不能用光離子傳感器去探測的：
· 空氣，包括：N2，O2，CO2和水，
· 有毒有害氣體：CO， HCN，SO2。
· 天然氣：CH4、C2H6.
· 酸類：HCL，HF，HNO3。
· 其他：氟利昂、O3
目前，光離子氣體傳感器（PID）已經被集成到手持、固定式、臺式氣體探測器以及專業的實驗檢測儀器上，廣泛應用在化工、石油、環保、制藥、釀酒等諸多行業，為安全生產、環境保護和危害檢測保駕護航。
紅外氣體傳感器：
光譜吸收法表明許多氣體分子在紅外波段存在特征吸收;根據朗伯-比爾定律，特征吸收強度與氣體濃度成正比例關系。據此原理設計而成的紅外氣體分 析器可用于分析混合氣體中某種或某幾種待測氣體組分的濃度，是一類非常重要、非常經典的氣體分析器。基于氣體的紅外吸收光譜特性，非單元素的極性氣體分子 在中紅外（2.5～25μm）波段存在著分子振動能級的基頻吸收譜線，因此紅外氣體分析器靈敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析;且選擇性好，可以實現背景氣體對測量分析基本沒有影響。
紅外傳感器的應用很廣，在檢測很多種的氣體中都使用到它，而且它的可靠性很高，選擇性很好，精度也高，沒有毒，受到環境的干擾較小，壽命比較長，對氧氣不依賴等等的優點，在未來的市場中很可能會成為主流的。當然，它也有缺點，因為處在剛剛起步的階段，技術不夠，而且市場上很少，制造的成本比較高，這些種種的缺點對它在市場上的使用都有一定的限制。但是，希望在未來的技術發展中，可以發現更多更好的技術讓它變得更加成熟，更加實用，在市場上的占有位置更高。
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