氣體傳感器原理及應(yīng)用概覽
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氣體傳感器的分類，從檢測氣體種類上，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；從儀表使用方法上，分為便攜式和固定式；從獲得氣體樣品的方式上，分為擴(kuò)散式（即傳感器直接安裝在被測對象環(huán)境中，實(shí)測氣體通過自然擴(kuò)散與傳感器檢測元件直接接觸）、吸入式（是指通過使用吸氣泵等手段，將待測氣體引入傳感器檢測元件中進(jìn)行檢測。根據(jù)對被測氣體是否稀釋，又可細(xì)分為完全吸入式和稀釋式等）；從分析氣體組分上，分為單一式（僅對特定氣體進(jìn)行檢測）和復(fù)合式（對多種氣體成分進(jìn)行同時檢測）；按傳感器檢測原理，分為熱學(xué)式、電化學(xué)式、磁學(xué)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體式、氣相色譜式等。
熱學(xué)式氣體傳感器
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（如H2、CO2、SO2、NH3、Ar等）。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，如煤氣發(fā)生站、制氣廠用來分析空氣中的CO、H2 、C2H2等可燃?xì)怏w，采煤礦井用于分析坑道中的CH4含量，石油開采船只分析現(xiàn)場漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管倉庫或原料車間分析空氣中的石油蒸氣、酒精乙醚蒸氣等。美國RAE Systems公司生產(chǎn)的FGM-3100催化燃燒式可燃?xì)怏w檢測儀，其采樣方式為擴(kuò)散式，檢測精度達(dá)±2%滿量程，響應(yīng)時間＜15s。催化燃燒式氣體傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是對所有可燃?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。但其主要不足是精度低，工作溫度高（內(nèi)部溫度可達(dá)700～800℃），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
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。較常見的電化學(xué)傳感器類型有原電池型（其工作原理類似于燃料電池）、恒定電位電解池型（在電流強(qiáng)制作用下工作，屬庫侖分析類傳感器）等。目前，電化學(xué)傳感器是檢測有毒、有害氣體最常見和最成熟的傳感器。其特點(diǎn)是體積小，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。不足是易受干擾，靈敏度受溫度變化影響較大?；裟犴f爾旗下的英國城市技術(shù)公司所生產(chǎn)的用于檢測H 2 S的3HH電化學(xué)傳感器，其測量范圍0～50ppm，最大允許值500ppm，分辨率為0.1ppm，外形尺寸約為外徑42mmX高18mm，其主要交叉干擾源有CO、SO2、NO、NO2、H2等。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。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展較快。常應(yīng)用于硫酸、空氣分離、鍋爐燃燒等多組分氣體的氧量分析以及熔融金屬的含氧測定等。
磁學(xué)式氣體分析傳感器
在磁學(xué)式氣體分析傳感器中，最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，其氧量的測量范圍最寬，是一種十分有效的氧量測量儀表。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。其典型應(yīng)用場合有化肥生產(chǎn)、深冷空氣分離、火電站燃燒系統(tǒng)、天然氣制乙炔等工業(yè)生產(chǎn)中氧的控制和連鎖，廢氣、尾氣、煙氣等排放的環(huán)保監(jiān)測等。
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)展最快的技術(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。 電化學(xué)工作站相關(guān)文章:電化學(xué)工作站原理
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