关于气体成分传感器的详细解读

一、专注于新型气敏材料及制造工艺的研发

对气体传感器材料的研究表明，金属氧化物半导体材料Zn0、SIlo2、Fe2O3等已经成熟，特别是在C比、C2H5OH、CO等气体检测方面。这项工作主要有两个方向：
1、采用化学改性方法对现有的气敏膜材料进行掺杂、改性和表面改性，改进和优化成膜工艺，提高气敏元件的稳定性和选择性；
2、开发新型气敏膜材料，如复合和杂化半导体气敏材料和聚合物气敏材料，使这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性和高稳定性。有机高分子敏感材料以其材料丰富、成本低廉、制膜工艺简单、易于与其他技术兼容、可在室温下工作等优点成为研究热点。
二、新型气体传感器的研制
利用传统的作用原理和一些新的作用，优先选用晶体材料（硅、石英、陶瓷等），采用先进的加工技术和微结构设计，开发新型传感器和传感系统，如光波导 气体传感器、聚合物声传感器 表面波和石英共振气体传感器的开发和使用，微生物气体传感器和仿生气体传感器的研究。随着新材料、新工艺、新技术的应用，气体传感器的性能越来越完善，使传感器的小型化、化、多功能化具有长期稳定性好、使用方便等特点。

 

三、智能气体传感器
 

随着人们生活水平的不断提高和对环境保护的日益重视，各种有毒有害气体的检测、大气污染、工业废气的监测、食品和生活环境质量的检测等都对环保提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料开发技术的成功应用，为气体传感器的集成化、智能化提供了良好的前提。

气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上发展。开发可同时监测多种气体的全自动数字智能气体传感器将是该领域的一个重要研究方向。
四、气体传感器的种类很多。 下面我们来看看气体传感器的分类。

半导体气体传感器，这类传感器约占气体传感器的60%，按其机理分为导电型和非导电型，导电型又分为表面型和体积控制型。

 

 

(1) SnO2半导体是典型的表面型气体传感器，其传感原理是SnO2是n型半导体材料。 当施加电压时，半导体材料的温度升高，吸附的氧在半导体中接收电子，形成O2或O2原始气体。当H2、CO、CH4存在时，半导体表面电阻降低，电导增加，电导变化与气体浓度成反比。NiO是p型半导体，氧化性气体降低电导，对O2敏感。ZnO半导体传感器也属于这种类型。

半导体气体传感器

电导率传感器元件分为表面敏感型和音量控制型，表面敏感传感器材料是SnO2 Pd、ZnO+Pt、AgO、V 205 、金属酞菁、Pt-SnO2。表面敏感气体传感器可检测CO、NO2、氟利昂等多种可燃气体。传感材料Pt-SnO2的气体传感器可以检测气体为可燃气体CO、H2、CH4。体积控制型半导体气体传感器可检测液化石油气、酒精、空燃比控制、燃烧炉煤气废气等气体。

(2)体积控制型是晶格缺陷的变化导致电导率的变化，电导率的变化与气体浓度成正比。

(3)热线性传感器是利用热导率变化的半导体传感器，又称热线性半导体传感器。它在Pt线圈上涂有SnO2层。除了加热之外，铂丝还具有检测温度变化的功能，当施加电压时，半导体变热，表面吸收氧气，从而降低了自由电子的浓度。 当可燃气体存在时，由于燃烧消耗氧气，自由电子浓度增加，热导率随着自由电子浓度的增加而增加，散热率也相应增加，所以当温度升高时Pt线减小，电阻值减小，Pt线电阻值的变化与气体浓度呈线性关系。

 

 

固体电解质气体传感器

该传感器元件将离子传导至称为电化学电池的固体电解质隔膜。它分为阳离子传导和阴离子传导。它是一种选择性强的传感器。 研究最多、实用性最强的是氧化锆固体电解质传感器。其机理是隔板两侧的两个电池之间的电位差等于浓差电池的电位。稳定的氧化铬固体电解质传感器已成功应用于钢水中氧的测定和发动机空燃比成分的测量。
 

为了弥补固体电解质导电性的不足，近年来在固体电解质上镀上一层气敏薄膜，将周围环境中的气体分子数量与介质中可移动粒子的数量联系起来。

电化学气体传感器，常用的电化学气体传感器有两种

(1) 恒电位电解传感器，它在特定电场下使待测气体电离，并通过流过的电解电流检测气体浓度。 该传感器灵敏度高，可以通过改变电位来选择检测气体，对有毒气体的检测具有重要作用。

(2) 原电池气体传感器，在KOH电解液中，Pt-Pb或Ag-Pb电极构成电池，已成功用于检测O2，灵敏度高。

光学气体传感器

(1) 直接吸收式气体传感器，红外气体传感器是一种典型的吸收式光学气体传感器。 它根据气体本身固有的光谱吸收光谱检测气体成分。非色散红外吸收光谱对SO2、CO、CO2、NO等气体具有高灵敏度。此外，紫外吸收法、非色散紫外吸收法、相关光谱法、二阶导数法和自调制光吸收法对NO、NO2、SO2、碳氢化合物（CH4）等气体具有很高的灵敏度。

(2) 光反应式气体传感器光反应式气体传感器利用气体反应产生的颜色变化，引起光强吸收等光学性质的变化。传感元件比较理想，但气体的光感变化有限，传感器自由度小。

(3) 气体光学特性的新型传感器光纤温度传感器属于这种类型，在光纤的尖端涂有催化剂，与气体发生反应并产生热量。温度变化，导致光纤温度发生变化。使用光纤测温已达到实用水平，对气体的检测也取得了成功。