氣體傳感器原理及應用概覽
2013-05-28
氣體傳感器的分類，從檢測氣體種類上，常分為可燃氣體傳感器（常采用催化燃燒式、紅外、熱導、半導體式）、有毒氣體傳感器（一般采用電化學、金屬半導體、光離子化、火焰離子化式）、有害氣體傳感器（常采用紅外、紫外等）、氧氣（常采用順磁式、氧化鋯式）等其它類傳感器；從儀表使用方法上，分為便攜式和固定式；從獲得氣體樣品的方式上，分為擴散式（即傳感器直接安裝在被測對象環境中，實測氣體通過自然擴散與傳感器檢測元件直接接觸）、吸入式（是指通過使用吸氣泵等手段，將待測氣體引入傳感器檢測元件中進行檢測。根據對被測氣體是否稀釋，又可細分為完全吸入式和稀釋式等）；從分析氣體組分上，分為單一式（僅對特定氣體進行檢測）和復合式（對多種氣體成分進行同時檢測）；按傳感器檢測原理，分為熱學式、電化學式、磁學式、光學式、半導體式、氣相色譜式等。
熱學式氣體傳感器
熱學式氣體傳感器主要有熱導式和熱化學式兩大類。熱導式是利用氣體的熱導率，通過對其中熱敏元件電阻的變化來測量一種或幾種氣體組分濃度的，其在工業界的應用已有幾十年的歷史，其儀表類型較多，能分析的氣體也較廣泛（如H2、CO2、SO2、NH3、Ar等）。熱化學式是基于被分析氣體化學反應的熱效應，其中廣泛應用的是氣體的氧化反應（即燃燒），其典型為催化燃燒式氣體傳感器，其關鍵部件為涂有燃燒催化劑的惠斯通電橋，主要用于檢測可燃氣體，如煤氣發生站、制氣廠用來分析空氣中的CO、H2 、C2H2等可燃氣體，采煤礦井用于分析坑道中的CH4含量，石油開采船只分析現場漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管倉庫或原料車間分析空氣中的石油蒸氣、酒精乙醚蒸氣等。美國RAE Systems公司生產的FGM-3100催化燃燒式可燃氣體檢測儀，其采樣方式為擴散式，檢測精度達±2%滿量程，響應時間＜15s。催化燃燒式氣體傳感器的主要優點是對所有可燃氣體的響應有廣譜性，對環境溫度、濕度影響不敏感，輸出信號近線性，且其結構簡單，成本低。但其主要不足是精度低，工作溫度高（內部溫度可達700～800℃），電流功耗大，易受硫化物、鹵素化合物等中毒的不利影響等。
電化學式氣體傳感器
電化學式氣體傳感器是利用被測氣體的電化學活性，將其電化學氧化或還原，從而分辨氣體成分，檢測氣體濃度的。較常見的電化學傳感器類型有原電池型（其工作原理類似于燃料電池）、恒定電位電解池型（在電流強制作用下工作，屬庫侖分析類傳感器）等。目前，電化學傳感器是檢測有毒、有害氣體最常見和最成熟的傳感器。其特點是體積小，功耗小，線性和重復性較好，分辨率一般可以達到0.1ppm，壽命較長。不足是易受干擾，靈敏度受溫度變化影響較大。霍尼韋爾旗下的英國城市技術公司所生產的用于檢測H 2 S的3HH電化學傳感器，其測量范圍0～50ppm，最大允許值500ppm，分辨率為0.1ppm，外形尺寸約為外徑42mmX高18mm，其主要交叉干擾源有CO、SO2、NO、NO2、H2等。氧化鋯氧量傳感器是電化學式成分分析傳感器中發展比較晚的一種，開始出現于20世紀60年代，其工作基理是根據濃差電池原理，通過測量待分析氣體和參比氣體因氧氣濃度差異而導致的濃差電動勢，來測量待分析氣體中的含氧量。由于它具有結構簡單、工作可靠、靈敏度高、穩定性好、響應速度快、安裝使用方便等優點，因此發展較快。常應用于硫酸、空氣分離、鍋爐燃燒等多組分氣體的氧量分析以及熔融金屬的含氧測定等。振動測試儀(www.bjdaisi.com.cn)
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