詳細(xì)解說(shuō)氣體傳感器的基本工作原理是什么？

為了在工業(yè)環(huán)境中識(shí)別、檢測(cè)、測(cè)量和確認(rèn)氣體的存在，需要氣體傳感器。根據(jù)區(qū)域中氣體的體積和濃度，傳感器將產(chǎn)生所謂的“相應(yīng)電位差”，這會(huì)改變傳感器內(nèi)部材料的電阻水平。

從電阻水平的這種變化產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該信號(hào)被測(cè)量為輸出電壓。您的氣體探測(cè)器將測(cè)量其傳感器的輸出電壓，并為您提供相應(yīng)的氣體讀數(shù)。

氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測(cè)頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測(cè)量。

氣體種類繁多，性質(zhì)各異，因此，氣體傳感器種類也很多。按待檢氣體性質(zhì)可分為：用于檢測(cè)易燃易爆氣體的傳感器，如氫氣、一氧化碳、瓦斯、汽油揮發(fā)氣等;用于檢測(cè)有毒氣體的傳感器，如氯氣、硫化氫、砷烷等;用于檢測(cè)工業(yè)過(guò)程氣體的傳感器，如煉鋼爐中的氧氣、熱處理爐中的二氧化碳;用于檢測(cè)大氣污染的傳感器，如形成酸雨的NOx、CH4、O3，家庭污染如甲醛等。按氣體傳感器的結(jié)構(gòu)還可分為干式和濕式兩類;按傳感器的輸出可分為電阻式和費(fèi)電阻式兩類;按檢測(cè)院里可分為電化學(xué)法、電氣法、光學(xué)法、化學(xué)法幾類。

1、電化學(xué)式傳感器的工作原理：由膜電極和電解液 灌封而成。氣體濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子，通過(guò)電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確(可用于ppm級(jí))，穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但 壽命較短(大于等于兩年)。它主要適用于毒性氣體的檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。

2、催化燃燒式傳感器工作原理： 是由兩只固定電阻構(gòu)成惠斯登檢測(cè)橋路。當(dāng)含有可燃性混合氣體擴(kuò)散到檢測(cè)元件上時(shí)，迅速進(jìn)行無(wú)焰燃燒，并產(chǎn)生反應(yīng)熱，使熱絲電阻值增大，電橋輸出一個(gè)變化的 電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃?xì)怏w的濃度成正比。它的優(yōu)點(diǎn)是：選擇性好、反應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)、不易產(chǎn)生誤報(bào)、控制可靠、壽命三年左 右。它主要適用于可燃性氣體的檢測(cè)。目前國(guó)際上絕大部分可燃?xì)怏w檢測(cè)儀采用該類型傳感器。

3.光學(xué)氣體傳感器：光學(xué)氣體傳感器主要有紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等，以紅外吸收型為主。由于不同氣體對(duì)紅外波的吸收程度不同，可以通過(guò)測(cè)量紅外吸收波長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)氣體。現(xiàn)在由于它的結(jié)構(gòu)連接，費(fèi)用一般都很高。

由不同原子構(gòu)成的分子會(huì)有獨(dú)特的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，當(dāng)其受到相同頻率的紅外線照射時(shí),就會(huì)發(fā)生紅外吸收，從而引起紅外光強(qiáng)的變化，通過(guò)測(cè)量紅外線強(qiáng)度的變化就可以測(cè)得氣體濃度;需要說(shuō)明的是振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)是兩種不同的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，這兩種運(yùn)動(dòng)形態(tài)會(huì)對(duì)應(yīng)不同的紅外吸收峰，振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)本身也有多樣性;因此一般情況下一種氣體分子會(huì)有多個(gè)紅外吸收峰;根據(jù)單一的紅外吸收峰位置只能判定氣體分子中有什么基團(tuán)，精確判定氣體種類需要看氣體在中紅外區(qū)所有的吸收峰位置即氣體的紅外吸收指紋。但在已知環(huán)境條件下，根據(jù)單一紅外吸收峰的位置可以大致判定氣體的種類。由于在零下273攝氏度即絕對(duì)零度以上的一切物質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生紅外幅射，紅外幅射與溫度正相關(guān)，因此，同催化元件一樣，為消除環(huán)境溫度變化引起的紅外幅射的變化，紅外氣體傳感器中會(huì)由一對(duì)紅外探測(cè)器構(gòu)成。

4.固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器：固體電解質(zhì)是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。選擇性、靈敏度比半導(dǎo)體高，壽命比電化學(xué)長(zhǎng)，因此在很多方面得到了應(yīng)用。缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。固體電解質(zhì)是一種具有與電解質(zhì)水溶液相同的離子導(dǎo)電特性的固態(tài)物質(zhì)，當(dāng)用作氣體傳感器時(shí)，它是一種電池。它無(wú)需使氣體經(jīng)過(guò)透氣膜溶于電解液中，可以避免溶液蒸發(fā)和電極消耗等問(wèn)題。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，幾乎在石化、環(huán)保、礦業(yè)、食品等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，其重要性僅次子金屬—氧化物一半導(dǎo)體氣體傳感器。