气体传感器基础知识

《气体传感器基础知识》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、气体传感器基本知识传感器是对信息有感受的器件。按照传感器感知的信息种类分类：传感器分为物理量（物理信息）传感器、化学量（化学信息）传感器、生物量（生物信息）传感器。物理量传感器包括:力学量，光学量，热学量，电学量传感器。即力、光、热、电。力学量中常见:压力，加速度，位移；光学量中常见:可见光，红外，紫外。热学量中常见:低温，中温，高温。电学量中常见:电流，电压，电场，电磁等；化学量传感器:成份、浓度。生物量传感器:血压、血糖、血脂、心率等。按照传感过程中信息和传感器的作用过程的属性分类：传感器可以分为物理类、化学类、生物类气体传感器是测量气体成分

2、和浓度的化学量传感器。气体传感器按气体与传感器的作用方式分类:物理类，化学类、生物类。物理类即传感作用过程是物理过程，即传感作用过程不导致气体化学性质发生变化。化学类即传感作用过程是化学过程，即传感作用过程导致气体化学性质发生变化。生物类即传感作用过程是生物过程，即传感作用过程通过生物活动导致气体化学性质发生变化。常见的物理类气体传感器:热传导、红外吸收，表面声波，QCM等；化学类:半导体，催化，电化学等;生物类在普通工业、家庭不太常用。在常见的气体传感器PID严格讲是另类:为物理化学类。即物理方法导致化学变化。气体传感器门类众多，一下进介绍几种

3、常见的不同工作原理的气体传感器半导体气体传感器：原理:在一定的温度条件下，被测气体到达半导体敏感材料表面时将与其表面吸附的氧发生化学反应,并导致半导体敏感材料电阻发生变化，其电阻变化率与被测气体浓度呈指数关系，通过测量电阻的变化即可测得气体浓度。单支半导体气体传感器通过选择性催化、物理或化学分离等方式在已知环境中可以实现对气体的宥限识别。大规模半导体气体传感器阵列可以实现对未知环境中气体种类的精确识别。半导体顾名思义是电导率介于绝缘体与导体之间的物质。半导体气体传感器的敏感材料就这么一种物质。常见的气体敏感材料分为表面控制型和体控制型。表面控制即

4、电阻由品粒表面和品粒品界控制，体控制即电阻由晶粒尺訃和载流子浓度控制。用于气体传感器的半导体材料除具有半导体的属性外还需要具备以下条件:a、易获得，b、在较低温度下对氧气和目标气体有很好的吸附能力；c、自身有良好催化特性；d、机械结构可调；e、电性能可调；f、烧结性能好；g、氧气和被测气体在室温或一定的温度条件下，在其表面有很好的化学反应能力、并在该温度下对反应产物有较好的脱附能力；h、与其它辅助材料成型后有较好的相融性、化学稳定性、并有适合的微缺陷等。符合这种条件的常见材料二氧化锡、氧化钨、氧化铟、偏锡酸锌等。这里敁重要的概念与性能的对应关系:

5、温度-功耗、漂移;吸附及化学反应-灵敏度、选择性、漂移、线性、初始稳定时间以及响应时间;脱附-恢复时间。半导体传感器的优点：廉价、耐用、设计及制造过程简单。半导体传感器的弱点:功耗大、漂移、线性差。无论其优点还是弱点均与上述对应关系相关。如漂移:传感器会吸附氧气，当氧气浓度变化时（如雨天，氧浓度变小），吸附量会变化，零点必会漂啊漂。总之半导体传感器的优缺点首先是由其工作原理决定的，是先天的。后天的设计、制造可以改善，但不能消除。红外气体传感器：原理:由不同原子构成的分子会有独特的振动、转动频率，当其受到相同频率的红外线照射时,就会发生红外吸收，从

6、而引起红外光强的变化，通过测量红外线强度的变化就可以测得气体浓度；需要说明的是振动、转动是两种不同的运动形态，这两种运动形态会对应不同的红外吸收峰，振动和转动本身也有多样性；因此一般情况下一种气体分子会有多个红外吸收峰；根据单一的红外吸收峰位置只能判定气体分子中有什么基团，精确判定气体种类需要看气体在中红外区所有的吸收峰位置即气体的红外吸收指纹。但在已知环境条件下，根据单一红外吸收峰的位置可以大致判定气体的种类。由于在零下273摄氏度即绝对零度以上的一切物质都会产生红外幅射，红外幅射与温度正相关，因此，同催化元件一样，为消除环境温度变化引起的红外

7、幅射的变化，红外气体传感器中会由一对红外探测器构成。一个完整的红外气体传感器巾红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。为什么红外气体传感器不能测量氧气、氢气、氮气等由和同原子构成的气体分子？月亮和地球、地球和太阳靠万有引力连接，分子内部原子间靠化学键连接。如果二者是理想球体而且没有其它万有引力干扰则地球轨道将是圆的，实际上上面两个条件都不成立，因此其轨道是椭圆的，也就是地球和太阳之间的距离不停地在短半径和长半径之间转挽，即振动，只是振动周期长达一年，在这个过程中，地球处于短半径点和长半径点吋，它和太阳之间的引力是不同的，即能量级别不同。

8、在分子内部原子间靠化学键连接，原子间的空间距离、角度、方向由于电子分布的不均衡而不停发生变化，即振动、转动，而且不同的分子会有独特的振动