守护家庭空气的气敏传感器

 

电子发烧友网报道（文/黄山明）在家庭当中，智能防护已经成为关键的一环。除了对外的安防，对家庭中各种隐患的实时检测，也成为安全的重要一环。在居家生活中，可燃气体以及污染气体是影响人们健康及生命的因素。在智能家居中，通过气敏传感器，可以实现对危险气体的分析，继而可以采取针对性的控制策略。

气敏传感器的工作原理

气敏传感器在环境保护、安全监督等方面起着重要作用。其类型有很多，如催化燃烧式气敏传感器、电化学式气敏传感器、红外线气敏传感器、半导体气敏传感器等，不同类型的气敏传感器其工作原理也不相同。

比如半导体气敏传感器是利用半导体气敏元件作为敏感元件，当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，半导体表面呈现电荷层，使得载流子增多，半导体阻值下降。电化学式气敏传感器则是将测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。

接触燃烧式气敏传感器常用的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃-400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，则会发生氧化反应，使铂丝的温度升高，从而改变其电阻值，通过测量电阻值来确定可燃性气体的浓度。

还有通过声波器件表面的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移的原理来检测的气敏传感器。利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移。

气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。

基于这些传感器的工作原理，在一些智能家居系统中使用了气敏传感器来检测空气中的有害气体，如一氧化碳、甲醛等，以及对PM2.5进行监测。当检测到有害气体或PM2.5超过一定浓度时，智能家居系统会自动启动空气净化器或报警器。

气敏传感器在智能家居中的应用

通过气敏传感器，可以实现对危险气体的分析，继而可以采取针对性的控制策略，保障家人健康及生命安全。这让气敏传感器也可以应用在许多智能家居产品中，比如空气净化器、智能空调、智能加湿器、智能燃气灶、智能吸油烟机等。

在这些产品中，气敏传感器将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

一个很典型的应用场景是厨房，气敏传感器在厨房中可以检测煤气、天然气等可燃性气体的浓度。当浓度超标时，可以及时报警并采取相应措施，保障用户安全。不仅可以通过联网将报警信号及时传递给用户的终端设备上，以及启动报警器来警告家中的成员有情况发生。

当然，在使用一些可以检测有毒有害气体的气敏传感器时，需要注意一些问题。比如传感器接线采用三芯或四芯屏蔽电缆，单线直径大于1平方毫米，接线时屏蔽层应接地。并且传感器应向下固定，锁紧螺母应彻底拧紧，探头盖应彻底盖住并拧紧，以满意防爆要求。

同时传感器位置应在阀门、管道接口、气体出口或易走漏的地方邻近方圆1米范围内，但不应影响其他设备的运行。同时应尽量防止高温高湿环境，防止外界影响，如泼水、溅油和形成机械损害的可能性。并至少每年校准一次，以确保检测精度。

除了警报之外，气敏传感器可以与其他传感器结合使用，以实现更多的功能，如自动调节温度、湿度和空气质量等。同时，随着技术的发展，气敏传感器的性能也将不断提高。例如，现在的气敏传感器可以在较低的温度下工作，并且可以检测到更低浓度的气体。

小结

气敏传感器在智能家居中可以实现对家庭空气质量的监测和智能控制，保障家庭成员的健康和生活品质。通过实时监测室内空气中的有害气体、颗粒物和温湿度等关键指标，气敏传感器可以帮助用户及时了解家庭环境状况，并根据需要自动调节空气净化器、加湿器等家居设备，营造舒适、安全的居住环境。