氣體傳感器的分類
更新日期:2015-07-23點(diǎn)擊次數(shù):2832
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87 ,對(duì)傳感器的定義是:傳感器是能感受規(guī)定被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。氣體傳感器是用來檢測(cè)氣體的成份和含量的傳感器,一般認(rèn)為,氣體傳感器的定義是以檢測(cè)目標(biāo)為分類基礎(chǔ)的,也就是說,凡是用于檢測(cè)氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器,不管它是用物理方法,還是用化學(xué)方法。比如,檢測(cè)氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器,但是熱導(dǎo)式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器,
盡管它們有時(shí)使用大體一致的檢測(cè)原理。早在上個(gè)世紀(jì)70 年代,氣體傳感器就已經(jīng)成為傳感器領(lǐng)域的一個(gè)大系,屬于化學(xué)傳感器的一個(gè)分支。目前流行于市場(chǎng)的氣體傳感器大約有如下一些種類:
1、半導(dǎo)體式氣體傳感器
它是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料,在一定溫度下,電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如,酒精傳感器,就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時(shí),電阻會(huì)急劇減小的原理制備的。
半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效地用于:甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測(cè)。尤其是,這種傳感器成本低廉,適宜于民用氣體檢測(cè)的需求。
下列幾種半導(dǎo)體式氣體傳感器是成功的:甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類,肼類)。高質(zhì)量的傳感器可以滿足工業(yè)檢測(cè)的需要。
缺點(diǎn):穩(wěn)定性較差,受環(huán)境影響較大;尤其,每一種傳感器的選擇性都不是*的,輸出參數(shù)也不能確定。因此,不宜應(yīng)用于計(jì)量準(zhǔn)確要求的場(chǎng)所。目前這種傳感器的主要供應(yīng)商在日本(),其次是中國(guó),zui近有新加入了韓國(guó),其他國(guó)家如美國(guó)在這方面也有相當(dāng)?shù)墓ぷ鳎鞘冀K沒有匯入主流!中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域投入的人力和時(shí)間都不亞于日本,但是由于多年來國(guó)家政策導(dǎo)向以及社會(huì)信息閉塞等原因,我國(guó)流行于市場(chǎng)的半導(dǎo)體式氣體傳感器性能質(zhì)量都遠(yuǎn)遜于日本產(chǎn)品,相信,隨著市場(chǎng)進(jìn)步,民營(yíng)資本的進(jìn)一步興起,中國(guó)產(chǎn)的半導(dǎo)體式氣體傳感器達(dá)到和超越日本水平已經(jīng)指日可待!
2、催化燃燒式氣體傳感器
這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層,在一定的溫度下,可燃性氣體在其表面催化燃燒,燃燒是白金電阻溫度升高,電阻變化,變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。
催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測(cè)可燃性氣體:凡是可以燃燒的,都能夠檢測(cè);凡是不能燃燒的,傳感器都沒有任何響應(yīng)。當(dāng)然,『凡是可以燃燒的,都能夠檢測(cè)』這一句有很多例外,但是,總的來講,上述選擇性是成立的。催化燃燒式氣體傳感器計(jì)量準(zhǔn)確,響應(yīng)快速,壽命較長(zhǎng)。傳感器的輸出與環(huán)境的爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān),在安全檢測(cè)領(lǐng)域是一類主導(dǎo)地位的傳感器。
缺點(diǎn):在可燃性氣體范圍內(nèi),無選擇性。暗火工作,有引燃爆炸的危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用。
目前這種傳感器的主要供應(yīng)商在中國(guó)、日本、英國(guó)(發(fā)明國(guó))!目前中國(guó)是這種傳感器的zui大用戶(煤礦),也擁有*的傳感器生產(chǎn)技術(shù),盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會(huì)對(duì)這種傳感器的認(rèn)識(shí),但是畢竟,催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商在國(guó)內(nèi)。
3、熱導(dǎo)池式氣體傳感器
每一種氣體,都有自己特定的熱導(dǎo)率,當(dāng)兩個(gè)和多個(gè)氣體的熱導(dǎo)率差別較大時(shí),可以利用熱導(dǎo)元件,分辨其中一個(gè)組分的含量。這種傳感器已經(jīng)傳感器地用于氫氣的檢測(cè)、二氧化碳的檢測(cè)、高濃度甲烷的檢測(cè)。
這種氣體傳感器可應(yīng)用范圍較窄,限制因素較多。
這是一種老式產(chǎn)品,*各地都有制造商。產(chǎn)品質(zhì)量*大同小異。
4、電化學(xué)式氣體傳感器
相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性,可以被電化學(xué)氧化或者還原。
利用這些反應(yīng),可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)氣體傳感器分很多子類:
(1)、原電池型氣體傳感器(也稱:加伏尼電池型氣體傳感器,也有稱燃料電池型氣體傳感器,也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器),他們的原理行同我們用的干電池,只是,電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例,氧在陰極被還原,電子通過電流表流到陽極,在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等。
(2)、恒定電位電解池型氣體傳感器,這種傳感器用于檢測(cè)還原性氣體非常有效,它的原理與原電池型傳感器不一樣,它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的,是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于:一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測(cè)之中,是目前有毒有害氣體檢測(cè)的主流傳感器。
(3)、濃差電池型氣體傳感器,具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè),會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì),電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān),這種傳感器的成功實(shí)例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。
(4)、極限電流型氣體傳感器,有一種測(cè)量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關(guān)的原理制備氧(氣)濃度傳感器,用于汽車的氧氣檢測(cè),和鋼水中氧濃度檢測(cè)。
目前這種傳感器的主要供應(yīng)商遍布*,主要在德國(guó)、日本、美國(guó),zui近新加入幾個(gè)歐洲供應(yīng)商:英國(guó)、瑞士等。中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域起步很早,但是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程效果不佳。
5、紅外線氣體傳感器
大部分的氣體在中紅外區(qū)都有特征吸收峰,檢測(cè)特征吸收峰位置的吸收情況,就可以確定某氣體的濃度。
這種傳感器過去都是大型的分析儀器,但是近些年,隨著以MEMS 技術(shù)為基礎(chǔ)的傳感器工業(yè)的發(fā)展,這種傳感器的體積已經(jīng)由10 升,45 公斤的巨無霸,減小到2 毫升(拇指大小)左右。使用無需調(diào)制光源的紅外探測(cè)器使得儀器*沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,*實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化。
紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類,準(zhǔn)確測(cè)定氣體濃度。
這種傳感器成功的用于:二氧化碳、甲烷的檢測(cè)。
目前這種“傳感器"的供應(yīng)商在歐洲!中國(guó)在這一領(lǐng)域目前是“半"空白!
6、磁性氧氣傳感器
這是磁性氧氣分析儀的核心,但是目前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傳感器化"進(jìn)程。
它是利用空氣中的氧氣可以被強(qiáng)磁場(chǎng)吸引的原理制備的。
這種傳感器只能用于氧氣的檢測(cè),選擇性*。大氣環(huán)境中只有氮氧化物能夠產(chǎn)生微小的影響,但是由于這些干擾氣體的含量往往很少,所以,磁氧分析技術(shù)的選擇性幾乎是唯一的!
老牌工業(yè)產(chǎn)品,*各地都有制造商。(當(dāng)然我說的是作為一次儀表的氧氣分析儀,它在一定范圍內(nèi)可以被看作傳感器。而以純粹傳感器形式生產(chǎn)的這種產(chǎn)品,是zui近的事情。)
7、其他
近年來,隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),氣體傳感器技術(shù)也在不斷發(fā)生著相應(yīng)的革命。氣體傳感器的種類也在隨著增添新丁。但是,有些傳感器是否應(yīng)該列在氣體傳感器名下頗有爭(zhēng)議,比如:PID 檢測(cè)器,盡管也是用于氣體的檢測(cè),盡管體積一樣小巧,但是,由于不能真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化,因此,這種裝備,無論體積有多小,都應(yīng)該列在“檢測(cè)儀器"的名下。另外,以光導(dǎo)纖維為基礎(chǔ)的光學(xué)傳感器發(fā)展迅猛,盡管還沒有對(duì)電子傳感器構(gòu)成的“威脅",但是其*的優(yōu)勢(shì),或許有一天大放異彩。zui后,從事氣體傳感器銷售的商家,為了自身商業(yè)目的,有時(shí)夸大某種特定的傳感器的能力,混淆傳感器的分類,這些都不利于用戶正確應(yīng)用氣體傳感器。其實(shí),傳感器的應(yīng)用和傳感器的制造一樣,也是一門學(xué)問啊!