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第二章氣體傳感器

2020-04-09來源：未知

1、什么是傳感器？
傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

2、什么是氣體傳感器？
氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置！

3、氣體傳感器分類：
“氣體傳感器”包括：半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、PID光離子原理傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質氣體傳感器。

4、各類傳感器的工作原理：
催化燃燒原理傳感器：
它是由鉑金絲和多孔陶瓷催化珠制成。其原理是利用了鉑金絲在不同的溫度下電阻有規律變化的特性來測量環境中可燃氣體的濃度。當空氣中含有可燃性氣體擴散到檢測傳感器表面上，在傳感器表面催化劑作用下迅速進行無焰燃燒，陶瓷催化珠的溫度升高，帶動鉑金絲溫度升高從而電阻升高，檢測橋路輸出一個差壓信號。這個電壓信號的大小與可燃性氣體濃度成正比例關系。它經過放大后，進行電壓電流轉換并把可燃性氣體爆炸下限值以內的百分含量（%LEL）轉換成4～20mA標準信號輸出。

氧氣傳感器
應用了伽伐尼原電池原理，其構造是在原電池內裝置了陽極（鉛）和陰極（銀），以薄膜同外部隔開，當空氣中的含氧氣體透過此薄膜到達陰極，發生氧化還原反應。傳感器此時將有個與氧氣濃度成正比關系的mV級電壓輸出，這個電壓信號經放大后，進行電壓電流轉換并把氧氣的百分比（0～30%）以內含量轉換成4～20mA標準信號輸出。

電化學原理傳感器
它應用控制電位電解法原理，其構造是在電解池內安置了三個電極，即工作電極，對電極和參比電極，并施加以一定的極化電壓，更換不同氣體的傳感器并改變極化電壓數值，即可測量出不同的有毒有害氣體。被測氣體透過薄膜到達工作電極，發生氧化還原反應，傳感器此時將有一微小電流輸出，此電流與有毒有害氣體濃度成正比關系，這個電流信號經采樣處理轉變為電壓，電壓信號再經過放大后進行電壓電流轉換，并把有毒有害氣體檢測范圍內的含量（ppm值）轉換成4～20mA標準信號輸出。

光離子氣體傳感器（PID）
它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光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。

紅外原理傳感器
它是利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器，它包括光學系統，檢測元件和光電檢測元件。光學系統按結構不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發生變化，通過轉換電路變成電信號輸出。

4、有害氣體傳感器選用技巧：
有害氣體的檢測有兩個目的，第一是測爆，第二是測毒。所謂測爆是檢測危險場所可燃氣含量，超標報警，以避免爆炸事故的發生;測毒是檢測危險場所有毒氣體含量，超標報警，以避免工作人員中毒。
　　有害氣體有三種情況第一、無毒或低毒可燃；第二、有毒但是不燃；第三、可燃并且有毒。針對這三種不同的情況，一般我們選擇傳感器需要選擇不同的氣體傳感器。例如測爆選擇可燃氣體檢測報警儀（第一種情況），測毒選擇有毒氣體檢測報警儀（第二種情況），第三種情況一般我們會根據客戶的需要和常識來選擇到底是測爆還是測毒（比如一氧化碳就屬于第三種，但是因為一氧化碳的爆炸極限濃度比較高，12.5%～74.2%，在一氧化碳的濃度遠遠低于它的爆炸下限的濃度時，對人體的毒害性就已經很大了，所以對于一氧化碳而言，我們認為檢測它的爆炸性意義不大，同理的還有氨氣，一般也是檢測其有毒性，像氫氣，雖然是一種無毒可燃的氣體，但是測微量濃度和測爆都是經常發生）。其次我們需要選擇氣體檢測報警儀的類型，一般有固定式和便攜式。生產或貯存崗位長期運行的泄漏檢測選用固定式氣體檢測儀;其他像檢修檢測、應急檢測、進入檢測和巡回檢測等選用便攜式氣體檢測儀。
　　

氣體傳感器特性：
1、穩定性
穩定性是指傳感器在整個工作時間內基本響應的穩定性，取決于零點漂移和區間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時，整個工作時間內傳感器輸出響應的變化。區間漂移是指傳感器連續置于目標氣體中的輸出響應變化，表現為傳感器輸出信號在工作時間內的降低。理想情況下，一個傳感器在連續工作條件下，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構所使用的技術。大多數氣體傳感器的設計原理都采用生物化學、電化學、物理和光學。首先要考慮的是選擇一種敏感技術，它對目標氣體的閥限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或最低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）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生的傳感器響應來確定。這個響應等價于一定濃度的目標氣體所產生的傳感器響應。這種特性在追蹤多種氣體的應用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復性和可靠性，理想傳感器應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數目標氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應能夠承受期望氣體體積分數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盡可能小。
氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當的材料和開發新材料，使氣體傳感器的敏感特性達到最優。