文档介绍：气体体传感器简及发展趋数势
2018/10/11
章文斌
气体传感器简介及其发展趋势
1前言
2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理
23电化学式气体传感器
,,,
3气体传感器技术的发展趋势
1前言
气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。
般认为,气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成
对应电信号的转换器。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
理仪表显示部分。
1964年,由 Wickens和 Hatano利用气体在电极上的氧
化还原反应研制出了第一个气敏传感器,1982年英国
Warwick大学的 Persaud等提出了利用气敏传感器模拟动物
嗅觉系统的结构[1],自此后气体传感器飞速发展,应用
于各种场合,比如气体泄漏检测,环境检测、样品采集
数据处理等。
现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气
体,研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性
能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。
2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理
■气体传感器主要有半导体传感器(电阻型和非电阻型)
绝缘体传感器(接触燃烧式和电容式)、电化学式(恒电
位电解式、伽伐尼电池式),还有红外吸收型、石英振荡
型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等
■下面集中介绍几种常用传感器的工作原理优缺点及其发展
趋势。
由 Seiyama T在1962年首先报道的2,利用znO薄膜的表面电
导在气体中的变化来检测可燃性气体。同年,田口尚义发明了二氧化锡
基气体传感器吲,并通过贵金属掺杂大幅度地提高了对可燃性气体的灵
敏度,并实现了产业化。虽然后来开发了一些新型半导体氧化物气体
敏感材料,例如,ln203、Y-Fe2O3、a-Fe203、WO3和ABO3。等59,但
由于SnO2具有良好的化学稳定性和热稳定性,商品化的半导体氧化物
型传感器主要是以二氧化锡为基体敏感材料。
半导体氧化物型气体传感器是利用一些金属氧化物半导体
材料,在一定温度下,电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理
制造的。
适用气体:半导体氧化物型气体传感器可以有效地用于:甲烷、乙烷
丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、***乙烯、
苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。可以广泛用于空气质量检测、食品、
香精、香水的质量评定及生产过程控制,甲烷(天然气、沼气)、酒精
一氧化碳(城市煤气)、硫化氢、氨气(包括***类,肼类)。高质量的
传感器完全可以满足工业检测的需要。
优点:这种传感器成本低廉,具有快速、简便等优点。并且适宜于民用
气体检测的需求
缺点:这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料,具有灵敏度低、选
择性不好、稳定性较差、且有的电阻大等缺点,同时受环境影响较大;
尤其,每一种传感器的选择性都不是唯一的,输出参数也不能确定。因
此,不宜应用于计量准确要求的场所。
■目前这种传感器的主要供应商在日本(发明者),其次是中国,最近
有新加入了韩国,其他国家如美国在这方面也有相当的工作,但是始
终没有汇入主流
■我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品
相信,随着市场进步,民营资本的进一步兴起,中国产的半导体式气
体传感器达到和超越日本水平已经指日可待。
目前国内的研究趋势有
材料的纳米结构——纳米化气敏材料研究
这种结构材料是十分理想的高性能气体敏感材料,可以从根本上
改善、提高气体传感器的灵敏度、选择性和稳定性,解决材料的气体
敏感性
将两种或两种以上的氧化物材料复合成的材料体系,也许是一种
具有较好气体敏感性能的新的氧化物气敏材料
材料的优化设计
按照使用要求对材料进行理论计算,确定为达到该性能所应采用
的配方和工艺。
接触燃烧式气体传感器可分为直接接
P丝(小0,05mm)
腦化物***化绍蒙体
触燃烧式和催化接触燃烧式,其工作原理
催化燃烧式气敏传感器电路原理:F1
是气敏元件,F2是温度补偿元件,F1,F2
均为白金电阻丝。F1,F2与R3,R4组成惠
斯登电桥,当不存在可燃性气体时,电桥
民伍B
处于平衡状态