氣敏傳感器在工業(yè)民用等領(lǐng)域應(yīng)用有哪些？

隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。氣敏傳感器的檢測(cè)方式主要有接觸燃燒式、氣敏半導(dǎo)體式、光下涉式、紅外吸收式、熱導(dǎo)率式、電量式、隔膜離子電極式、定電位電介式、催化反應(yīng)熱式等。

它是根據(jù)具有還原性氣體的濃度增加時(shí)，其電阻值變小的原理而工作的。在清潔的空氣中，傳感器的電阻不變。專門提高使用氣體的安全性而研制的電路，這個(gè)電路主要由氣敏傳感器、蜂鳴器、變壓器、指示燈等元件組成。當(dāng)室內(nèi)的氣體濃度(如C0氣或液化石油氣等)達(dá)到為可以爆炸的最低極限的1/5~1/40程度時(shí)，能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，提醒人們馬上注意使用狀態(tài)并檢查是否漏氣。氣體濃度升高，氣敏傳感器本身電阻隨之減小，流過和傳感器串聯(lián)的蜂鳴器電路中的電流變得足夠大，它能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的電流線圈，使蜂鳴器振動(dòng)發(fā)出警報(bào)。這種氣敏傳感器還可以用于城市氣體警報(bào)器，自動(dòng)換氣閥門和火災(zāi)報(bào)警器等。

傳感器由兩個(gè)并列的光學(xué)系統(tǒng)組成，一個(gè)叫比較腔，另一個(gè)叫測(cè)量腔，兩腔以一定的周期同時(shí)或交替開閉光路，在測(cè)定腔光路中導(dǎo)入被測(cè)氣體。由于被測(cè)氣體特有的波長吸收，從而使透過測(cè)定腔這一光路而進(jìn)入紅外檢測(cè)器的光通量減少，氣體濃度越高，透過的光通量的減少也越多，入射列傳感器的光通量也就減少。由于透過比較腔一側(cè)的光通量一定，進(jìn)入傳感器的光通量也一定，因此，被測(cè)氣體濃度越高，通過測(cè)量腔和比較腔的光通量差也就越大。由于測(cè)量腔和比較腔以一定的周期同時(shí)開閉，這個(gè)光通量差作為光通量振幅射入傳感器。光通量的振動(dòng)被傳感器內(nèi)封入的氣體吸收變成溫度的周期變化，而在密閉的容器內(nèi)義變成壓力的周期變化。這種壓力變化用電容式微音器來探測(cè)，再經(jīng)放大、整流，最后由電流計(jì)指示出氣體濃度。

新房裝修的有害氣體檢測(cè)，研究表明，新裝修居室90%以上的有害氣體都嚴(yán)重超標(biāo)，以甲醛為例，新居初裝完成時(shí)含量都在2.5ppm以上，有的高達(dá)十幾甚至幾十ppm。在新版《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18883-2022)中，規(guī)定甲醛含量1小時(shí)平均值應(yīng)不超過0.1mg/m。

除甲醛外，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的氣體還有很多，二氧化碳、臭氧、VOCs等等，這些都是氣體傳感器的檢測(cè)對(duì)象。將氣體傳感器與空調(diào)、空氣清新機(jī)、空氣凈化器等融為一體，達(dá)到內(nèi)室污染檢測(cè)與治理相結(jié)合的目的是當(dāng)前最普遍的一種應(yīng)用方式。

就產(chǎn)品特點(diǎn)而言，半導(dǎo)體氣體傳感器以響應(yīng)恢復(fù)快、適用檢測(cè)氣體種類多、壽命長等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，而電化學(xué)氣體傳感器則以靈敏度高、線性度等突出特點(diǎn)獲得青睞。

目的，氣敏傳感器的應(yīng)用范圍已經(jīng)滲透到包括生產(chǎn)(工業(yè)、研究、農(nóng)林畜產(chǎn))、生活(烹調(diào)、通風(fēng)、空調(diào))、防災(zāi)(煤氣泄露、火災(zāi))、防范(飲酒控制)、環(huán)保(大氣污染、汽車排放、燃燒控制)、醫(yī)療(呼氣、麻醉氣體的分析等)等領(lǐng)域。氣敏傳感器相當(dāng)于人的嗅覺，人的嗅覺再靈敏，其感知的對(duì)象也足極其有限的，在定最定性上因人而宜，特別是對(duì)有毒氣體，只能依靠儀器的檢測(cè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，氣敏傳感器都具備把被檢測(cè)氣體的存在及其濃度變化轉(zhuǎn)換成電量的功能，尤其是與微處理器配合使用，更提高了它們的功能和擴(kuò)大了它們的使用范圍。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)最核心和最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，是各種信息和人工智能的橋梁，其技術(shù)領(lǐng)域中重要門類之一的氣體傳感器，橫跨功能材料、電子陶瓷、光電子元器件、MEMS技術(shù)、納米技術(shù)、有機(jī)高分子等眾多基礎(chǔ)和應(yīng)用學(xué)科。高性能的氣體傳感器能大大提高信息采集、處理、深加工水平，提高實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)事故的準(zhǔn)確性，不斷消除事故隱患，大幅度減少事故特別是重大事故的發(fā)生。能有效實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)察和安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的電子化，變被動(dòng)救災(zāi)為主動(dòng)防災(zāi)，使安全生產(chǎn)向科學(xué)化管理邁進(jìn)。