氣體檢測(cè)傳感器的工作原理都有什么？

氣體檢測(cè)傳感器的種類繁多，不同種類的氣體傳感器工作原理也不一樣。下面精訊暢通來(lái)介紹幾種常見的氣體檢測(cè)傳感器，包括半導(dǎo)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、紅外氣體傳感器。

1. 半導(dǎo)體式

半導(dǎo)體氣體傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件作為敏感元件的氣體傳感器，是最常見的氣體傳感器，廣泛應(yīng)用于家庭和工廠的可燃?xì)怏w泄露檢測(cè)裝置，適用于甲烷、液化氣、氫氣等的檢測(cè)。

半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件電阻值發(fā)生變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在物體表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解吸附在物體表面。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)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(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。

例如氧氣，等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體被稱為氧化型氣體。如果半導(dǎo)體的功函數(shù)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(dāng)氧化型氣體吸附到n型半導(dǎo)體，還原性氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻增大。當(dāng)還原型氣體吸附到n型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，則載流子增多，半導(dǎo)體阻值下降。

2. 電化學(xué)式

電化學(xué)氣體傳感器是把測(cè)量對(duì)象氣體在電極處氧化或還原而測(cè)電流，得出對(duì)象氣體濃度的探測(cè)器。

傳感器有二或三個(gè)和電解液接觸的電極，偶爾也有四個(gè)電極。典型電極由大表面積貴金屬和多孔厭水膜組成。電極和電解液和周圍空氣接觸，并由多孔膜監(jiān)測(cè)。一般用礦物酸作電解液。但有些傳感器也用有機(jī)電解液。電極一般放在有氣體進(jìn)孔和電接觸的塑料盒內(nèi)。

氣體通過(guò)多孔膜背面擴(kuò)散入傳感器的工作電極，在此氣體被氧化或還原，這種電化學(xué)反應(yīng)引起流經(jīng)外部線路的電流。除測(cè)量外，還要放大和進(jìn)行其它信號(hào)加工；外線路維持經(jīng)過(guò)傳感器的電壓和一個(gè)二電極反向參考傳感器的電壓。在反向電極產(chǎn)生一相反的反應(yīng)。這樣，如工作電極是氧化，則相反電極就是還原。

3. 催化燃燒式

催化燃燒式氣體傳感器是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)構(gòu)成測(cè)量電橋，在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無(wú)焰燃燒，載體溫度就升高，通過(guò)它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號(hào)。

通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。主要用于可燃性氣體的檢測(cè)，具有輸出信號(hào)線性好，指數(shù)可靠，價(jià)格便宜，不會(huì)與其他非可燃性氣體發(fā)生交叉感染。可燃?xì)怏w報(bào)警器的原理基本上都是催化燃燒式。

4. 紅外式

紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。

它與其它類別氣體傳感器如電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式等相比具有應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)、靈敏度高、穩(wěn)定性好、適合氣體多、性價(jià)比高、維護(hù)成本低、可在線分析等等一系列優(yōu)點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金工業(yè)、工礦開采、大氣污染檢測(cè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

當(dāng)紅外線波長(zhǎng)與被測(cè)氣體吸收譜線相吻合時(shí)，紅外能量被吸收。紅外光線穿過(guò)被測(cè)氣體后的光強(qiáng)衰減滿足朗伯-比爾定律。氣體濃度越大，對(duì)光的衰減也越大。因此，可通過(guò)測(cè)量氣體對(duì)紅外光線的衰減來(lái)測(cè)量氣體濃度。為了保證讀數(shù)呈線性關(guān)系，當(dāng)待測(cè)組分濃度大時(shí)，分析器的測(cè)量氣室較短，最短的為0.3mm；當(dāng)濃度低時(shí)，測(cè)量氣室較長(zhǎng)，最長(zhǎng)的為>200mm。經(jīng)吸收后剩余的光能用紅外檢測(cè)器檢測(cè)。

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