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气体传感器的分类及原理
2021-12-21 18:02:1614

浓差电池型气体传感器

       这种传感器具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧,会自发形成浓差电动势,电动势的大小与气体的

浓度有关,这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳检测仪。

原电池型气体传感器

       这种传感器也被称为加伏尼电池型气体传感器,或燃料电池型气体传感器、自发电池型气体传感器。他们

原理与我们日常使用的干电池相同,只不过电池碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例,氧阴极被还

原,电子电流表流到阳极,那里铅金属被氧化。因此电流大小与氧气浓度直接相关。这种传感器可以有效检测

氧气、二氧化硫、氯气等气体。

恒定电位电解池型气体传感器

       这种传感器用于检测还原性气体非常有效,它原理与原电池型传感器不一样,电化学反应是电流强制下发

生,是一种真正库仑分析传感器。这种传感器已经成功用于一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼等气体检测之

中,是目前有毒有害气体检测主流传感器。

       注:库仑分析是指根据电解过程中消耗的电量,由法拉第定律来确定被测物质含量的方法。

极限电流型气体传感器

       这是一种测量氧气浓度的传感器,工作原理是基于稳定氧化锌固体电解质的氧泵作用,通过气体扩散控制

供给阴极的氧而得到极限电流。这种传感器目前主要用于锅炉的燃烧控制、钢水中氧气浓度检测,以及汽车的

氧气检测。

 

 

半导体式气体传感器

       半导体式气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反映,导致敏感元件阻值变化:

       氧气等具有负离子吸附倾向的气体,被成为氧化型气体——电子接收型气体;

       氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体,被称为还原型气体——电子供给型气体。

       当氧化(还原)型气体吸附到N(P)型半导体上,半导体的载流子减少(增多),电阻率上升(下降);

吸附到P(N)型半导体上,半导体的载流子增多(减少),电阻率下降(上升)。(可以看出氧化和还原型半

导体是截然相反的)因此从这些性质可以有效的检测出对应的气体。

       半导体式气体传感器可以有效用于: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、丙烯酸等很多气体检测。尤其是,这种传感器成本低廉,可以同时满足工业与民

用的需求。

       缺点:稳定性较差,受环境影响较大,不宜应用于计量准确要求场所。

催化燃烧式气体传感器

       这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器,即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层,在

一定温度下,可燃气体在表面催化燃烧,因此铂电阻温度升高,导致电阻的阻值变化。

       由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹,因此这种传感器通常也被成为催化

珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体,但实际应用中有很多例外。这种传感器通常

可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。

       基于铂电阻优良的温度特性,这种传感器具有计量准确,响应快速。传感器输出与环境爆炸危险直接相

关,安全检测领域是一类主导位传感器。

       缺点是需要在充足的氧气环境中工作(毕竟需要燃烧);暗火工作,有引燃爆炸危险;大部分元素有机蒸

汽对传感器都有中毒作用;由于催化剂不断消耗,零点和量程会发生漂移,需要频繁的标定和调节。

光离子化气体传感器

       通常被称为PID,即PhotoionizaTIon Detector的缩写(仪控君在此特别提示,此PID不是比例微分积分)。

这是一种具有极高灵敏度,用途广泛的检测器,可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其

他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物,PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。

       PID使用了一个紫外光源,通过离子化,即将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子,检测器捕捉

到离子化了的气体的正负电荷,并将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。当被测气体吸收高能量的紫外光

时,气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子,气体离子在检测器的电极上被测出,根据电

极产生的电位检测出气体浓度,检测后,离子很快又与电子结合重新组成原来的气体分子。

       PID可检测芳香烃类、酮类、醛类、氯代烃类、胺及胺类化合物和不饱和烃类。

固体电解质气体传感器

       固体电解质气体传感器是指以固体电解质作为传感材料的气体传感器,常用的固体电解质主要包括:稳定

氧化锆、钠离子快导体、质子导体以及一些低价金属的卤化物等。固体电解质气体传感器按照检测信号的特点

可分为平衡电位型、混成电位型、限制电流型和短路电流型等。

       这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间,选择性、灵敏度高于半导体气体传感器,寿

命长于电化学气体传感器,因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。

 

 

红外气体传感器

       这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端,当有气体时,

对红外光产生吸收,接收到的红外光就会减少,从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接

收器,使检测更准确、可靠。

       它的优点是:选择性好,只检测特定波长的气体,可以根据气体定制;采用光学检测方式,不易受有害气

体的影响而中毒、老化;响应速度快、稳定性好;利用物理特性,没有化学反应,防爆性好;信噪比高,抗干

扰能力强;使用寿命长;测量精度高。

       缺点是:测量范围窄,只能检测(c1。c5)的碳氢化合物;怕灰尘、潮湿,现场环境要好,需要定期对反

射镜面上的灰尘进行清洁维护;现场有气流时无法检测;价格较高。

超声波气体探测器

       这种气体探测器比较特殊,其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时,就会形成湍流,

产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素,超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞

产生热能和振动。热能快速分散,但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是

否有空气泄漏。

       这类探测器通常勇于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。

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