不同類型氣體傳感器的分類及優(yōu)缺點(diǎn)

氣體傳感器的分類

不同類型氣體傳感器分類及優(yōu)缺點(diǎn)：從檢測氣體種類上，通常分為可燃?xì)怏w傳感器（常采用催化燃燒式、紅外、熱導(dǎo)、半導(dǎo)體式）、有毒氣體傳感器（一般采用電化學(xué)、金屬半導(dǎo) 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。

按傳感器檢測原理，通常分為熱學(xué)式氣體傳感器、電化學(xué)式氣體傳感器、磁學(xué)式氣體傳感器、光學(xué)式氣體傳感器、半導(dǎo)體式氣體傳感器等。不同氣體傳感器的檢測原理、特點(diǎn)和用途.

熱導(dǎo)式氣體傳感器原理

熱導(dǎo)式氣體傳感器是根據(jù)混合氣體的總導(dǎo)熱系數(shù)隨待分析氣體的含量不同而改變的原理制成，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對組成電橋的兩個臂，遇熱導(dǎo)系數(shù)比空氣大的氣體時檢測元件電阻變小，遇熱導(dǎo)系數(shù)比空氣小的氣體時檢測元件電阻變大（空氣背景），橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫度補(bǔ)償作用。它是一種常用的測量儀器，屬于電學(xué)類氣體傳感器。它可以感知環(huán)境中某種氣體濃度，在多個行業(yè)中都有一定的應(yīng)用。它具有穩(wěn)定性好、使用壽命長、測量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，同時熱導(dǎo)式氣體傳感器也是存在一定的缺點(diǎn)的，下面小編就來為大家具體介紹一下熱導(dǎo)式氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)吧。

熱導(dǎo)式氣體傳感器優(yōu)點(diǎn)：熱導(dǎo)傳感器是很早用于氣體檢測的氣體傳感器。

Messkonzept GmbH公司的FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器,采用熱導(dǎo)原理，同一傳感器，經(jīng)過設(shè)置可以測試16種組份的二元?dú)怏w組份。Messkonzept公司的FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器測試每個二元組份的氣體的量程都是0-100%Vol，分辨率為1ppm,精度可達(dá)0.5%FS。Messkonzept公司的FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器，響應(yīng)時間非?？?，達(dá)到1秒（T90），熱導(dǎo)氣體分析儀和傳感器經(jīng)過標(biāo)定可以在特定的范圍內(nèi)對二元?dú)怏w進(jìn)行**測量。Messkonzept公司的FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器經(jīng)過特定的薄膜處理，可以在高濕和腐蝕性氣體中測量。

一、FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器新產(chǎn)品防爆處理

 二、FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器新產(chǎn)品耐腐蝕處理 

三、FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器新產(chǎn)品耐高濕度和抗冷凝處理

德國Messkonzept GmbH公司發(fā)布FTC130熱導(dǎo)氣體傳感器新產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)：

熱學(xué)式氣體傳感器

不同類型氣體傳感器分類及優(yōu)缺點(diǎn):熱學(xué)式氣體傳感器主要有熱導(dǎo)式和熱化學(xué)式兩大類。熱導(dǎo)式是利用氣體的熱導(dǎo)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(yè)界的應(yīng)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。

熱化學(xué)式是基于被分析氣體化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，其中廣泛應(yīng)用的是氣體的氧化反應(yīng)（即燃燒），其典型為催化燃燒式氣體傳感器，其主要工作原理是在一定溫度下，一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率會跟隨環(huán)境氣體的成份變化而變化。

其關(guān)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?xì)怏w等。

主要優(yōu)點(diǎn)：對所有可燃?xì)怏w的響應(yīng)有廣譜性，對環(huán)境溫度、濕度影響不敏感，輸出信號近線性，且其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，計量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，壽命較長。主要不足：精度低，工作溫度高 （內(nèi)部溫度可達(dá)700～800℃），有引燃爆炸的危險。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(xué)式氣體傳感器

不同類型氣體傳感器分類及優(yōu)缺點(diǎn):電化學(xué)式氣體傳感器是利用被測氣體的電化學(xué)活性，將其電化學(xué)氧化或還原，從而分辨氣體成分，檢測氣體濃度的。

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、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。

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)，會自發(fā)形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實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，和鋼水中氧濃度檢測。

主要優(yōu)點(diǎn)：體積小，功耗小，線性和重復(fù)性較好，分辨率一般可以達(dá)到0.1ppm，壽命較長。

主要不足：易受干擾，靈敏度受溫度變化影響較大。

氧化鋯氧量傳感器是電化學(xué)式成分分析傳感器中發(fā)展比較晚的一種，開始出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，其工作基理是 根據(jù)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(dǎo)致的濃差電動勢，來測量待分析氣體中的含氧量。

不同類型氣體傳感器分類及優(yōu)缺點(diǎn): 氧化鋯氧傳感器基礎(chǔ)理論的突破可以帶來應(yīng)用研究的迅猛發(fā)展，氧化鋯離子導(dǎo)電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，在半個世紀(jì)后終于帶來了氧氣檢測技術(shù)的突飛猛進(jìn)。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)了不同類型的氧傳感器，主要包括濃度差型、離子流型、雙離子流型等。

磁學(xué)式氣體分析傳感器

在磁學(xué)式氣體分析傳感器中，*常見的是利用氧氣的高磁化特性來測量氧氣濃度的磁性氧量分析傳感器，利用的是空氣中的氧氣可以被強(qiáng)磁場吸引的原理。其氧量的測量范圍*寬，是一種十分有效的氧量測量傳感器。

常用的有熱磁對流式氧量分析傳感器（按構(gòu)成方式不同，又可細(xì)分為測速熱磁式、壓力平衡熱磁式）和磁力機(jī)械式氧量分析傳感器。

光學(xué)式氣體傳感器

光學(xué)式氣體傳感技術(shù)是起步較晚，但發(fā)展*快的技術(shù)之一。工業(yè)中常用的類型有紅外線氣體分析儀、紫外線分析儀、光電比色式分析儀、化學(xué)發(fā)光式分析儀、光散射式分析儀等。

紅外線式的工作原理是利用被測氣體的紅外吸收光譜特征或熱效應(yīng)而實現(xiàn)氣體濃度測量的。常用光譜范圍1～25μm，常用的類型有DIR色散紅外線式和 NDIR非色散紅外線式。紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準(zhǔn)確測定氣體濃度，包括二氧化碳、甲烷的檢測。紅外探測器使用無需調(diào)制光源，完全沒有機(jī)械運(yùn)動部件，完全實現(xiàn)免維護(hù)化。

非色散紅外傳感器Non-Dispersive InfraRed (NDIR)是一種由紅外光源(IR source)、光路(Optics Cell)、紅外探測器(IR Detector)、電路(Electronics)和軟件算法(Algorithm)組成的光學(xué)氣體傳感器。NDIR傳感器用一個廣譜的光源作為紅外傳感器的光源，因為并沒有一個分光的光柵或棱鏡將光進(jìn)行分光，所以叫非色散紅外。光線穿過光路中的被測氣體，透過窄帶濾波片，到達(dá)紅外探測器。通過測量進(jìn)入紅外傳感器的紅外光的強(qiáng)度，來判斷被測氣體的濃度。當(dāng)環(huán)境中沒有被測氣體時，其強(qiáng)度是*強(qiáng)的，當(dāng)有被測氣體進(jìn)入到氣室之中，被測氣體吸收掉一部分紅外光，這樣，到達(dá)探測器的光強(qiáng)就減弱了

  量子級聯(lián)激光器(Quantum Cascade Laser, QCL)的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，其發(fā)光波長由半導(dǎo)體能隙來決定。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器QCL比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。德國KNESTEL Technologie & Elektronik GmbH-TRACE-GAS公司設(shè)計和生產(chǎn)的LAS-NH3激光氨氣分析儀用于**檢測痕量氨氣氣體。LAS-NH3激光氨氣分析儀連續(xù)測量功能是通過Herriott長光程光池在真空狀態(tài)下實現(xiàn)的，從而確保*高的選擇性和*低的交叉干擾。LAS-NH3激光氨氣分析儀直接測量過程，無需校準(zhǔn)，無需測定諸如延遲時間等附加變量。LAS-NH3激光氨氣分析儀廣泛應(yīng)用于選擇性催化還原技術(shù)(SCR)和傳感器的研究和開發(fā)、逃逸氨氣監(jiān)測?？赏ㄟ^朗伯-比爾定律測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。

不同類型氣體傳感器分類及優(yōu)缺點(diǎn):常用的紫外線分析儀有不分光紫外線分析儀和紫外熒光式分析儀，前者與紅外線吸收原理類似，也是基于實測氣體對紫外線選擇性地吸收，其吸收特性也遵守比 爾定律，所使用的紫外波長范圍是200～400nm。

紫外熒光式可做到不破壞樣品而連續(xù)自動測量大氣中的SO2含量。其靈敏度可達(dá)測量范圍的0～2&TImes;10 -7 ，穩(wěn)定性可做到在24h的漂移為滿刻度的±2%，重復(fù)性達(dá)±2%滿刻度，且共存的背景氣體對測量的影響較小，具有壽命長，維修工作量小的顯著優(yōu)點(diǎn)。

光電比色式是基于比爾定律實現(xiàn)自動光電比色測量的，其適用的分析對象有SO2、NO、碳?xì)浠衔?、鹵素化合物等。

CLD化學(xué)發(fā)光法(CLD,Chemiluminescent Detector)被認(rèn)為是目前測定排氣中氮氧化物NOx的*好方法，也是各國法規(guī)規(guī)定的優(yōu)選測試方法。CLD化學(xué)發(fā)光法氮氧化物分析儀是基于NO能與臭氧O3能發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，且發(fā)光光強(qiáng)與NO的濃度成正比，而NO2是通過（鉬）轉(zhuǎn)換爐轉(zhuǎn)換為NO再進(jìn)行檢測。反應(yīng)腔室是NO與O3發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的場所，它的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)會影響PMT光電倍增管探測器接收到的光子數(shù)，經(jīng)過電路部分處理后將*終影響儀器的靈敏度。所以說反應(yīng)腔室是整個系統(tǒng)中的核心部件。而O3臭氧的濃度及純度等參數(shù)也同樣對儀器的長期工作性能有重要影響。 一氧化氮NO和臭氧O3發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生一種特有的發(fā)光這種發(fā)光的強(qiáng)度與NO的濃度成線性比例關(guān)系。當(dāng)受到電子激勵的NO2分子衰減至較低的能量狀態(tài)時便會發(fā)出紅外光。明確地說就是：NO+O3→NO2+O2+hv。二氧化氮（NO2）必須首先轉(zhuǎn)換成NO才能利用化學(xué)發(fā)光反應(yīng)來進(jìn)行測量。氮氧化物轉(zhuǎn)換器采用鉬作為催化劑,在高溫下,將NO2轉(zhuǎn)換為NO和O2 。NO2是通過一個被加熱至大約325℃的鉬轉(zhuǎn)換爐來轉(zhuǎn)換成NO的（不銹鋼轉(zhuǎn)換爐加熱至625℃）。 

CLD化學(xué)發(fā)光法NO|NO2|NOx氮氧化物氣體分析儀原理-單通道NO-NO2-NOx氣體分析儀內(nèi)部示意圖和CLD化學(xué)發(fā)光法NO|NO2|NOx氮氧化物氣體分析儀原理-雙通NO-NO2-NOx氣體分析儀內(nèi)部示意圖 

半導(dǎo)體式氣體傳感器

半導(dǎo)體式氣體傳感器是根據(jù)由金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料制成的檢測元件，與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起載流子運(yùn)動為特征的電導(dǎo)率或 伏安特性或表面電位變化而進(jìn)**體濃度測量的。主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、檢測靈敏度高、反應(yīng)速度快等。主要不足：測量線性 范圍較小，受背景氣體干擾較大，易受環(huán)境溫度影響等。

半導(dǎo)體式

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。優(yōu)點(diǎn):半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效地用于很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測的需求。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唯壹的，輸出參數(shù)也不能確定。因此，不宜應(yīng)用于計量準(zhǔn)確要求的場所。

催化燃燒式

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)。

優(yōu)點(diǎn):催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體：凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應(yīng)。催化燃燒式氣體傳感器計量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，壽命較長。傳感器的輸出與環(huán)境的爆炸危險直接相關(guān)，在**檢測領(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。大部分元素有機(jī)蒸汽對傳感器都有中毒作用。