用于安全領(lǐng)域的氣體傳感器種類知多少？

氣體傳感器主要用于針對(duì)某種特定氣體進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量該氣體在傳感器附近是否存在，或在傳感器附近空氣中的含量。因此，在安全系統(tǒng)中，氣體傳感器通常都是不可或缺的。這些傳感器可以為安全系統(tǒng)提供可燃、易燃和有毒氣體的信息，以及區(qū)域內(nèi)氧氣的消耗，二氧化碳的比例。

常見(jiàn)的氣體傳感器包括電化學(xué)氣體傳感器，催化燃燒氣體傳感器，半導(dǎo)體氣體傳感器，紅外氣體傳感器等。不同類型的傳感器由于原理和結(jié)構(gòu)不同，性能、使用方法、適用氣體、適用場(chǎng)合也不盡相同。今天，儀控君就為大家羅列一下常見(jiàn)的氣體傳感器種類，希望能對(duì)大家有所幫助。

電化學(xué)氣體傳感器

相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體，比如硫化氫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)傳感器正是基于這種原理。

電化學(xué)傳感器擁有很多子類：

原電池型氣體傳感器

這種傳感器也被稱為加伏尼電池型氣體傳感器，或燃料電池型氣體傳感器、自發(fā)電池型氣體傳感器。他們?cè)砼c我們?nèi)粘Ｊ褂玫母呻姵叵嗤?，只不過(guò)電池碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧陰極被還原，電子電流表流到陽(yáng)極，那里鉛金屬被氧化。因此電流大小與氧氣濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效檢測(cè)氧氣、二氧化硫、氯氣等氣體。

恒定電位電解池型氣體傳感器

這種傳感器用于檢測(cè)還原性氣體非常有效，它原理與原電池型傳感器不一樣，電化學(xué)反應(yīng)是電流強(qiáng)制下發(fā)生，是一種真正庫(kù)侖分析傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功用于一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼等氣體檢測(cè)之中，是目前有毒有害氣體檢測(cè)主流傳感器。

注：庫(kù)侖分析是指根據(jù)電解過(guò)程中消耗的電量，由法拉第定律來(lái)確定被測(cè)物質(zhì)含量的方法。

濃差電池型氣體傳感器

這種傳感器具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè)，會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實(shí)例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳檢測(cè)儀。

極限電流型氣體傳感器

這是一種測(cè)量氧氣濃度的傳感器，工作原理是基于穩(wěn)定氧化鋅固體電解質(zhì)的氧泵作用，通過(guò)氣體擴(kuò)散控制供給陰極的氧而得到極限電流。這種傳感器目前主要用于鍋爐的燃燒控制、鋼水中氧氣濃度檢測(cè)，以及汽車的氧氣檢測(cè)。

半導(dǎo)體式氣體傳感器

半導(dǎo)體式氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反映，導(dǎo)致敏感元件阻值變化：

氧氣等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體，被成為氧化型氣體——電子接收型氣體;

氫、碳氧化合物、醇類等具有正離子吸附傾向的氣體，被稱為還原型氣體——電子供給型氣體。

當(dāng)氧化(還原)型氣體吸附到N(P)型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子減少(增多)，電阻率上升(下降);吸附到P(N)型半導(dǎo)體上，半導(dǎo)體的載流子增多(減少)，電阻率下降(上升)。(可以看出氧化和還原型半導(dǎo)體是截然相反的)因此從這些性質(zhì)可以有效的檢測(cè)出對(duì)應(yīng)的氣體。

半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效用于：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、丙烯酸等很多氣體檢測(cè)。尤其是，這種傳感器成本低廉，可以同時(shí)滿足工業(yè)與民用的需求。

缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大，不宜應(yīng)用于計(jì)量準(zhǔn)確要求場(chǎng)所。

催化燃燒式氣體傳感器

這種傳感器實(shí)際上是基于鉑電阻溫度傳感器的一種氣體傳感器，即在鉑電阻表面制備耐高溫催化劑層，在一定溫度下，可燃?xì)怏w在表面催化燃燒，因此鉑電阻溫度升高，導(dǎo)致電阻的阻值變化。

由于催化燃燒式氣體傳感器鉑電阻外通常由多孔陶瓷構(gòu)成陶瓷珠包裹，因此這種傳感器通常也被成為催化珠氣體傳感器。理論上這種傳感器可以檢測(cè)所有可以燃燒的氣體，但實(shí)際應(yīng)用中有很多例外。這種傳感器通常可以用于檢測(cè)空氣中的甲烷、LPG、丙酮等可燃?xì)怏w。

基于鉑電阻優(yōu)良的溫度特性，這種傳感器具有計(jì)量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速。傳感器輸出與環(huán)境爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān)，安全檢測(cè)領(lǐng)域是一類主導(dǎo)位傳感器。

缺點(diǎn)是需要在充足的氧氣環(huán)境中工作(畢竟需要燃燒);暗火工作，有引燃爆炸危險(xiǎn);大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用;由于催化劑不斷消耗，零點(diǎn)和量程會(huì)發(fā)生漂移，需要頻繁的標(biāo)定和調(diào)節(jié)。

光離子化氣體傳感器

通常被稱為PID，即Photoionization Detector的縮寫(儀控君在此特別提示，此PID不是比例微分積分)。這是一種具有極高靈敏度，用途廣泛的檢測(cè)器，可以檢測(cè)從10ppb到較高濃度的10000ppm的揮發(fā)性有機(jī)物和其他有毒氣體。許多有害物質(zhì)都含有揮發(fā)性有機(jī)化合物，PID對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物靈敏度很高。

PID使用了一個(gè)紫外光源，通過(guò)離子化，即將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子，檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷，并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。當(dāng)被測(cè)氣體吸收高能量的紫外光時(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)失去電子成為帶正電荷的離子，氣體離子在檢測(cè)器的電極上被測(cè)出，根據(jù)電極產(chǎn)生的電位檢測(cè)出氣體濃度，檢測(cè)后，離子很快又與電子結(jié)合重新組成原來(lái)的氣體分子。

PID可檢測(cè)芳香烴類、酮類、醛類、氯代烴類、胺及胺類化合物和不飽和烴類。

紅外氣體傳感器

這種傳感器利用氣體對(duì)特定頻率的紅外光譜的吸收作用制成。紅外光從發(fā)射端射向接收端，當(dāng)有氣體時(shí)，對(duì)紅外光產(chǎn)生吸收，接收到的紅外光就會(huì)減少，從而檢測(cè)出氣體含量。目前較先進(jìn)的紅外式采用雙波長(zhǎng)、雙接收器，使檢測(cè)更準(zhǔn)確、可靠。

它的優(yōu)點(diǎn)是：選擇性好，只檢測(cè)特定波長(zhǎng)的氣體，可以根據(jù)氣體定制;采用光學(xué)檢測(cè)方式，不易受有害氣體的影響而中毒、老化;響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好;利用物理特性，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，防爆性好;信噪比高，抗干擾能力強(qiáng);使用壽命長(zhǎng);測(cè)量精度高。

缺點(diǎn)是：測(cè)量范圍窄，只能檢測(cè)(c1。c5)的碳?xì)浠衔?怕灰塵、潮濕，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要好，需要定期對(duì)反射鏡面上的灰塵進(jìn)行清潔維護(hù);現(xiàn)場(chǎng)有氣流時(shí)無(wú)法檢測(cè);價(jià)格較高。

固體電解質(zhì)氣體傳感器

固體電解質(zhì)氣體傳感器是指以固體電解質(zhì)作為傳感材料的氣體傳感器，常用的固體電解質(zhì)主要包括：穩(wěn)定氧化鋯、鈉離子快導(dǎo)體、質(zhì)子導(dǎo)體以及一些低價(jià)金屬的鹵化物等。固體電解質(zhì)氣體傳感器按照檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)可分為平衡電位型、混成電位型、限制電流型和短路電流型等。

這種傳感器介于半導(dǎo)體氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器之間，選擇性、靈敏度高于半導(dǎo)體氣體傳感器，壽命長(zhǎng)于電化學(xué)氣體傳感器，因此得到廣泛應(yīng)用。這種傳感器的不足之處是響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

超聲波氣體探測(cè)器

這種氣體探測(cè)器比較特殊，其原理是當(dāng)氣體通過(guò)很小的泄漏孔從高壓端向低壓端泄漏時(shí)，就會(huì)形成湍流，產(chǎn)生振動(dòng)。典型的湍流氣流會(huì)在差壓高于0.2MPa時(shí)變成因素，超過(guò)0.2MPa就會(huì)產(chǎn)生超聲波。湍流分子互相碰撞產(chǎn)生熱能和振動(dòng)。熱能快速分散，但振動(dòng)會(huì)被傳送到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。超聲波探測(cè)器就是通過(guò)接收超聲波判斷是否有空氣泄漏。

這類探測(cè)器通常勇于石油和天然氣平臺(tái)、發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)以及其它戶外管道。

磁氧分析儀

這種氣體分析儀是基于氧氣的磁化率遠(yuǎn)大于其他氣體磁化率這一物理現(xiàn)象，測(cè)量混合氣體中氧氣喊來(lái)那個(gè)的一種物理氣體分析設(shè)備。這種設(shè)備適合自動(dòng)檢測(cè)各種工業(yè)氣體中的氧氣含量。這類設(shè)備只能用于氧氣檢測(cè)，選擇性極好。