《气体传感器综述论》PPT课件

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1、章文斌气体传感器简介及其发展趋势2021/8/271气体传感器简介及其发展趋势2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理2.1半导体氧化物型气体传感器2.2催化燃烧式气体传感器2.3电化学式气体传感器2.4红外线气体传感器2.5磁性氧气传感器1前言2.6光纤气体传感器3气体传感器技术的发展趋势气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。一般认为，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。1964年，由Wickens和Hatman利用气体在电

2、极上的氧化还原反应研制出了第一个气敏传感器，1982年英国Warwick大学的Persaud等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构[1]，自此后气体传感器飞速发展，应用于各种场合，比如气体泄漏检测，环境检测、样品采集、数据处理等。现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。1前言2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电位电解式、伽伐尼电池式），还有红

3、外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。下面集中介绍几种常用传感器的工作原理优缺点及其发展趋势。2.1半导体氧化物型气体传感器2.1.1背景及发生原理半导体氧化物型气体传感器是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。由SeiyamaT在1962年首先报道的[2]，利用ZnO薄膜的表面电导在气体中的变化来检测可燃性气体。同年，田口尚义发明了二氧化锡基气体传感器[3]，并通过贵金属掺杂大幅度地提高了对可燃性气体的灵敏度[4]，并实现了产业化。虽然后来开发了一些新型半导体氧化物气体

4、敏感材料，例如，In203、γ-Fe203、α-Fe203、W03和ABO3。等[5-9]，但由于SnO2具有良好的化学稳定性和热稳定性，商品化的半导体氧化物型传感器主要是以二氧化锡为基体敏感材料。背景：发生原理：2.1.2适用气体及优缺点优点：这种传感器成本低廉，具有快速、简便等优点。并且适宜于民用气体检测的需求。缺点：这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料，具有灵敏度低、选择性不好、稳定性较差、且有的电阻大等缺点，同时受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。适用气体：半导体氧化

5、物型气体传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、丙烯酸等很多气体地检测。可以广泛用于空气质量检测、食品、香精、香水的质量评定及生产过程控制，甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器完全可以满足工业检测的需要。2.1.3国内外发展趋势及研究方向目前这种传感器的主要供应商在日本（发明者），其次是中国，最近有新加入了韩国，其他国家如美国在这方面也有相当的工作，但是始终没有汇入主流。我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品

6、，相信，随着市场进步，民营资本的进一步兴起，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待。目前国内的研究趋势有：1.材料的纳米结构——纳米化气敏材料研究这种结构材料是十分理想的高性能气体敏感材料，可以从根本上改善、提高气体传感器的灵敏度、选择性和稳定性，解决材料的气体敏感性。2.混合体系氧化物气敏材料将两种或两种以上的氧化物材料复合成的材料体系，也许是一种具有较好气体敏感性能的新的氧化物气敏材料。3.材料的优化设计按照使用要求对材料进行理论计算，确定为达到该性能所应采用的配方和工艺。2.2催化燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器可分为直接接

7、触燃烧式和催化接触燃烧式，其工作原理是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，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。2.2.1催化燃烧式气体传感器监测原理催化燃烧式气敏传感器电路原理：F1是气敏元件，F2是温度补偿元件，F1，F2均为白金电阻丝。Fl，F2与R3，R4组成惠斯登电桥，当不存在可燃性气体时，电桥处于平衡状态。当存在可燃性气体时，F1的电阻产生增

8、量△R，电桥失去平衡，输出与可燃性气体特征参数（如浓度）成比例的电信号。2.2.2催化燃烧式气