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常见的气体传感器分类与原理

导读: 常见的气体传感器包括电化学气体传感器,催化燃烧气体传感器,半导体气体传感器,红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同,性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。

气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测,测量该气体在传感器附近是否存在,或在传感器附近空气中的含量。因此,在安全系统中,气体传感器通常都是不可或缺的。这些传感器可以为安全系统提供可燃、易燃和有毒气体的信息,以及区域内氧气的消耗,二氧化碳的比例。

常见的气体传感器包括电化学气体传感器,催化燃烧气体传感器,半导体气体传感器,红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同,性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。今天,仪控君就为大家罗列一下常见的气体传感器种类,希望能对大家有所帮助。

电化学气体传感器

相当一部分的可燃性的、有毒有害气体,比如硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等,都有电化学活性,可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应,可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学传感器正是基于这种原理。


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电化学传感器拥有很多子类:

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。

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。

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。


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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。

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