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气体传感器原理详述
  • 发布日期:2019-05-28      浏览次数:1024
    •   1、催化燃烧式气体传感器
       
        这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层,在一定的温度下,可燃性气体在其表面催化燃烧,燃烧是白金电阻温度升高,电阻变化,变化值是可燃性气体浓度的函数。
       
        催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体:凡是可以燃烧的,都能够检测;凡是不能燃烧的,传感器都没有任何响应。当然,『凡是可以燃烧的,都能够检测』这一句有很多例外,但是,总的来讲,上述选择性是成立的。
       
        催化燃烧式气体传感器计量准确,响应快速,寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关,在安全检测领域是一类主导地位的传感器。
       
        缺点:在可燃性气体范围内,无选择性。暗火工作,有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。
       
        目前这种传感器的主要供应商在中国、日本、英国(发明国)!目前中国是这种传感器的最大用户(煤矿),也拥有的传感器生产技术,尽管不断有各种各样的代理商在宣传上干扰社会对这种传感器的认识,但是毕竟,催化燃烧式气体传感器的主流制造商在国内。
       
        2、热导池式气体传感器
       
        每一种气体,都有自己特定的热导率,当两个和多个气体的热导率差别较大时,可以利用热导元件,分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。这种气体传感器可应用范围较窄,限制因素较多。这是一种老式产品,全世界各地都有制造商。产品质量全世界大同小异。
       
        3、电化学式气体传感器
       
        它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性,可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应,可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类:
       
        (1)、原电池型气体传感器(也称:加伏尼电池型气体传感器,也有称燃料电池型气体传感器,也有称自发电池型气体传感器),他们的原理行同我们用的干电池,只是,电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例,氧在阴极被还原,电子通过电流表流到阳极,在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、等。
       
        (2)、恒定电位电解池型气体传感器,这种传感器用于检测还原性气体非常有效,它的原理与原电池型传感器不一样,它的电化学反应是在电流强制下发生的,是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于:一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中,是目前有毒有害气体检测的主流传感器。
       
        (3)、浓差电池型气体传感器,具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧,会自发形成浓差电动势,电动势的大小与气体的浓度有关,这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器.
       
        半导体式气体传感器
       
        [1]它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。比如,酒精传感器,就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时,电阻会急剧减小的原理制备的。
       
        优点
       
        半导体式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、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是,这种传感器成本低廉,适宜于民用气体检测的需求。下列几种半导体式气体传感器是成功的:甲烷(天然气、沼气)、酒精、一氧化碳(城市煤气)、硫化氢、氨气(包括胺类,肼类)。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。英思科,美国气体传感器
       
        1.气体传感器从原理上可以分为三大类:
       
        A) 利用物理化学性质的气体传感器:如半导体式(表面控制型、体积控制型、表面电位型)、催化燃烧式、固体热导式等。
       
        B) 利用物理性质的气体传感器:如热传导式、光干涉式、红外吸收式等。
       
        C) 利用电化学性质的气体传感器:如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等。
       
        2.有毒有害气体分为可燃气体和有毒气体两大类
       
        目前气体检测仪总的来说有5种工作原理,分别是电化学技术、催化燃烧技术、PID技术(光电离子技术)、红外线技术、半导体技术。
       
        那各个技术原理的传感器又是怎么工作的呢?
       
        电化学技术原理传感器
       
        原理:利用待测气体的活泼化学性质,具有还原性或氧化性,在参与化学反应的过程中有电子释放或吸收,大量电子形成电流,电流大小和气体浓度成正比,测量电流大小即可测得待测气体浓度。
       
        优点:性能比较稳定,绝大多数有毒有害气体能用电化学传感器测量,测量线性很好。
       
        不足:电化学传感器属于耗材,使用寿命比较短,一般环境下1-2年的寿命,恶劣环境下3-6个月就需要更换,维护费用比较高。
       
        用途:主要用于有毒有害的气体检测较多。
       
        催化燃烧技术原理传感器
       
        原理:利用其表面可燃气体燃烧反应放出的热量的原理,即燃烧使铂丝线圈的温度升高,线圈的电阻值就上升。测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的浓度,适用于测量低浓度可燃气体。
       
        优点:性能比较稳定,绝大多数可燃气体能用催化燃烧传感器测量,测量线性很好,成本相对于电化学传感器低一点。
       
        不足:属于燃烧式传感器,不能在易爆场所使用,例如矿井,否则会导致严重后果。
       
        用途:主要用于检测可燃气体较多。
       
        PID传感器 光电离检测器
       
        原理:利用高能量的紫外光线将有机物气体电离,再将带电离子在极板上形成的电流放大进行测量,电流的大小就反应了气体浓度的大小。
       
        优点:灵敏度高,能测量ppb级别的VOC,反应迅速,响应时间很快,能测量大部分VOC。
       
        不足:传感器成本很高。
       
        用途:主要用于检测挥发性气体较多。
       
        红外传感器
       
        原理:不同可燃气体对红外线的吸收不同,通过检测红外光敏器件上的电流大小,可以测得可燃气体的浓度。
       
        优点:光学原理,适用于所有场所,特别是易爆区域;传感器寿命长,一般3-5年,后期维护量小。
       
        不足:测量精度不是很高,只能测量高浓度可燃气体。
       
        用途:主要用于不常见气体较多。
       
        半导体传感器
       
        原理:利用半导体材料对气体的吸附性,改变气敏电阻的阻值,从而判断气体的有无。
       
        优点:成本低。
       
        不足:受外界环境变化影响很大,没有线性,只能测有无气体,不能定量测量气体浓度。
       
        用途:家用报警器中应用较多,比较不适用于工业气体检测仪。
       
        气体传感器使用须知
       
        如电化学传感器:不能将传感器长时间超量程使用,否则会造成传感器中毒,形成不可恢复的损坏
       
        检测氧气的传感器:氧气传感器在极低浓度或极高浓度的环境下使用时,寿命会大大减短。
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