什么是氣體傳感器？有哪些？工作原理介紹

隨著技術的進步，當前氣體傳感器已在工業制造、醫療診斷、國防、環保等眾多應用領域發揮著至關重要的作用。那么，什么是氣體傳感器?分類有哪些?工作原理是怎樣的?本文將具體介紹。

1.氣體傳感器

氣體傳感器指能夠感應到氣體并且可以將其轉化為信號進行輸出的裝置。一般而言，探測到被測氣體后，傳感器會將其濃度或者含量根據一定的關系規律，轉化成為可輸出的電(或光等)信號。我們通過對這些轉化過來的信號進行分析，可以得到被測氣體在環境氛圍中存在的相關信息，以此實現對被測氣體的監測、診斷、報警、分析等等。

2.氣體傳感器分類

氣體傳感器多種多樣，但是它沒有統一的分類標準。國內外學者廣泛認同的是根據傳感器的敏感機理分成兩大種類，分別是物理效應氣體傳感器和化學效應氣體傳感器。另一種較為廣泛接受的分類方式是根據工作或傳感機制將傳感器分為五大類：電化學式氣體傳感器、接觸燃燒式氣體感器、光學式氣體傳感器、質量敏感氣體傳感器以及電阻式氣體傳感器。

(1)半導體氣體傳感器。利用氣體在半導體表面發生氧化還原反應從而導致敏感元件組織會發生變化而制成。例如以ZnO、Sn02等為基礎，制作出的針對氫氣、氨氣、硫化氫等有毒、有害氣體的檢測裝置。

(2)光學氣體傳感器。目前應用最廣泛的是紅外吸收型氣體分析儀，它們的作用機理是因為不同氣體紅外吸收峰的差異性。比如應用于煤礦井中瓦斯氣體監測的紅外氣體傳感器。

(3)固體電解質氣體傳感器。通過使用固體電解質氣敏材料來作為氣敏元件，當被測氣體經過氣敏材料時將產生離子，并在材料上形成電動勢，因此通過測量電動勢可以得知被測氣體的濃度。例如應用硫酸鹽作為固體電解質來進行S02氣體的檢測診斷。

(4)接觸燃燒式氣體傳感器。氫氣、一氧化碳、甲烷等可燃性氣體通過氣敏材料鉑絲時在其表面燃燒，體系溫度會上升使得電阻變化，通過檢測電阻的變化進而換算成被測氣體濃度。

(5)表面聲波氣體傳感器。該種傳感器的原理是，在表面聲波器件上有鍍層薄膜，當被測氣體被吸附到上面后，聲波的特征頻率將會發生偏移，以此來檢測氣體的濃度或含量。例如選用LiNb03晶片作為基底，并在該基底濺射出鋁叉指電極，制成了表面聲波傳感器對有害氣體進行檢測。

3.氣體傳感器工作原理

以下梳理當前常見的氣體傳感器工作原理：

(1)電化學氣體傳感器工作原理是利用目標氣體在電極處發生化學反應而改變測量電極和參比電極的電勢，從而導致傳感器輸出電壓與氣體濃度存在某種數學關系，進而實現濃度的測量。電化學式氣體傳感器又可以分為恒定電位電解式、固體電解質式、電量式和伽伐尼式尼電池式四種類型。恒定電位電解式氣體傳感器通過電解時以電極和電解質溶液之間的恒定電位來測量氣體。

(2)固體電解質氣體傳感器能夠彌補半導體氣體傳感器在檢測某些特殊氣體時性能受到氧化還原的電勢、材料的種類、電解質影響的缺點，它依靠離子或質子實現傳導，當固體電解質接觸目標氣體時發生反應會產生離子，這些離子電場的作用下定向移動形成電動勢，通過測量電動勢的大小實現氣體濃度的檢測。這類傳感器的優點是靈敏度高、檢出限低、選擇性好，被廣泛地應用在礦業、能源、環保、交通和航天等諸多領域，成為商業應用領域的第二大類氣體傳感器。

(3)接觸燃燒式氣體傳感器一般工作溫度較高(300~600℃)，其原理是目標氣體與加熱的金屬絲接觸發生燃燒，產生的反應熱進一步提高了敏感材料(鉑絲)的溫度并改變其電學特性(電阻，電流和電壓)來檢測氣體。

(4)光學式氣體傳感器利用不同氣體的光學吸收特性或氣體與檢測物質相互作用而引起的光學現象的變化來實現氣體檢測，不同氣體對光有選擇性吸收，其吸收強度與濃度以及光在被測氣體中通過的距離存在對應關系，根據朗貝-比爾定律實現氣體濃度檢測。

以上梳理了氣體傳感器的定義、種類及工作原理，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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