關于氣體成分傳感器的詳細解讀

一、專注于新型氣敏材料及制造工藝的研發(fā)

對氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導體材料Zn0、SIlo2、Fe2O3等已經(jīng)成熟，特別是在C比、C2H5OH、CO等氣體檢測方面。這項工作主要有兩個方向：
1、采用化學改性方法對現(xiàn)有的氣敏膜材料進行摻雜、改性和表面改性，改進和優(yōu)化成膜工藝，提高氣敏元件的穩(wěn)定性和選擇性；
2、開發(fā)新型氣敏膜材料，如復合和雜化半導體氣敏材料和聚合物氣敏材料，使這些新材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性和高穩(wěn)定性。有機高分子敏感材料以其材料豐富、成本低廉、制膜工藝簡單、易于與其他技術兼容、可在室溫下工作等優(yōu)點成為研究熱點。
二、新型氣體傳感器的研制
利用傳統(tǒng)的作用原理和一些新的作用，優(yōu)先選用晶體材料（硅、石英、陶瓷等），采用先進的加工技術和微結構設計，開發(fā)新型傳感器和傳感系統(tǒng)，如光波導 氣體傳感器、聚合物聲傳感器 表面波和石英共振氣體傳感器的開發(fā)和使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝、新技術的應用，氣體傳感器的性能越來越完善，使傳感器的小型化、化、多功能化具有長期穩(wěn)定性好、使用方便等特點。

三、智能氣體傳感器

隨著人們生活水平的不斷提高和對環(huán)境保護的日益重視，各種有毒有害氣體的檢測、大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測、食品和生活環(huán)境質(zhì)量的檢測等都對環(huán)保提出了更高的要求。納米、薄膜技術等新材料開發(fā)技術的成功應用，為氣體傳感器的集成化、智能化提供了良好的前提。

氣體傳感器將在充分利用微機械與微電子技術、計算機技術、信號處理技術、傳感技術、故障診斷技術、智能技術等多學科綜合技術的基礎上發(fā)展。開發(fā)可同時監(jiān)測多種氣體的全自動數(shù)字智能氣體傳感器將是該領域的一個重要研究方向。
四、氣體傳感器的種類很多。 下面我們來看看氣體傳感器的分類。

半導體氣體傳感器，這類傳感器約占氣體傳感器的60%，按其機理分為導電型和非導電型，導電型又分為表面型和體積控制型。

(1) SnO2半導體是典型的表面型氣體傳感器，其傳感原理是SnO2是n型半導體材料。 當施加電壓時，半導體材料的溫度升高，吸附的氧在半導體中接收電子，形成O2或O2原始氣體。當H2、CO、CH4存在時，半導體表面電阻降低，電導增加，電導變化與氣體濃度成反比。NiO是p型半導體，氧化性氣體降低電導，對O2敏感。ZnO半導體傳感器也屬于這種類型。

半導體氣體傳感器

電導率傳感器元件分為表面敏感型和音量控制型，表面敏感傳感器材料是SnO2 Pd、ZnO+Pt、AgO、V 205 、金屬酞菁、Pt-SnO2。表面敏感氣體傳感器可檢測CO、NO2、氟利昂等多種可燃氣體。傳感材料Pt-SnO2的氣體傳感器可以檢測氣體為可燃氣體CO、H2、CH4。體積控制型半導體氣體傳感器可檢測液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐煤氣廢氣等氣體。

(2)體積控制型是晶格缺陷的變化導致電導率的變化，電導率的變化與氣體濃度成正比。

(3)熱線性傳感器是利用熱導率變化的半導體傳感器，又稱熱線性半導體傳感器。它在Pt線圈上涂有SnO2層。除了加熱之外，鉑絲還具有檢測溫度變化的功能，當施加電壓時，半導體變熱，表面吸收氧氣，從而降低了自由電子的濃度。 當可燃氣體存在時，由于燃燒消耗氧氣，自由電子濃度增加，熱導率隨著自由電子濃度的增加而增加，散熱率也相應增加，所以當溫度升高時Pt線減小，電阻值減小，Pt線電阻值的變化與氣體濃度呈線性關系。

固體電解質(zhì)氣體傳感器

該傳感器元件將離子傳導至稱為電化學電池的固體電解質(zhì)隔膜。它分為陽離子傳導和陰離子傳導。它是一種選擇性強的傳感器。 研究最多、實用性最強的是氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器。其機理是隔板兩側的兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電位。穩(wěn)定的氧化鉻固體電解質(zhì)傳感器已成功應用于鋼水中氧的測定和發(fā)動機空燃比成分的測量。

為了彌補固體電解質(zhì)導電性的不足，近年來在固體電解質(zhì)上鍍上一層氣敏薄膜，將周圍環(huán)境中的氣體分子數(shù)量與介質(zhì)中可移動粒子的數(shù)量聯(lián)系起來。

電化學氣體傳感器，常用的電化學氣體傳感器有兩種

(1) 恒電位電解傳感器，它在特定電場下使待測氣體電離，并通過流過的電解電流檢測氣體濃度。 該傳感器靈敏度高，可以通過改變電位來選擇檢測氣體，對有毒氣體的檢測具有重要作用。

(2) 原電池氣體傳感器，在KOH電解液中，Pt-Pb或Ag-Pb電極構成電池，已成功用于檢測O2，靈敏度高。

光學氣體傳感器

(1) 直接吸收式氣體傳感器，紅外氣體傳感器是一種典型的吸收式光學氣體傳感器。 它根據(jù)氣體本身固有的光譜吸收光譜檢測氣體成分。非色散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有高靈敏度。此外，紫外吸收法、非色散紫外吸收法、相關光譜法、二階導數(shù)法和自調(diào)制光吸收法對NO、NO2、SO2、碳氫化合物（CH4）等氣體具有很高的靈敏度。

(2) 光反應式氣體傳感器光反應式氣體傳感器利用氣體反應產(chǎn)生的顏色變化，引起光強吸收等光學性質(zhì)的變化。傳感元件比較理想，但氣體的光感變化有限，傳感器自由度小。

(3) 氣體光學特性的新型傳感器光纖溫度傳感器屬于這種類型，在光纖的尖端涂有催化劑，與氣體發(fā)生反應并產(chǎn)生熱量。溫度變化，導致光纖溫度發(fā)生變化。使用光纖測溫已達到實用水平，對氣體的檢測也取得了成功。