详细介绍气体传感器在民用、工业、环境检测方面的

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随着石油化学工业的发展，易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都得到了增加。这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。

由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，扩大危害区域。

及时可靠地探测空气中某些气体的含量，采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件，这就对气体的检测和监测设备提出了较高的要求。

一、气体传感器介绍

按所用气敏材料及气敏特性不同，可分为半导气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学气体传感器、红外气体传感器等。

1.1 半导体气体传感器

这种传感器主要使用半导体气敏材料。自从1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。

按照检测气敏特征量方式不同分为电阻式和非电阻式两种。

电阻式半导体气体传感器是通过检测气敏元件随气体含量的变化情况而工作的。主要使用金属氧化物陶瓷气敏材料。

非电阻式半导体气体传感器是利用气敏元件的电流或电压随气体含量而变化的原理工作的。主要有MOS二极管式和结型二极管式，以及场效应管式气体传感器。检测气体大多为氢气、硅烷等可燃气体。

1.2 固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。

由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。

1.3 接触燃烧式气体传感器

可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体，对不燃性气体不敏感。

接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定，并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测，普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和 警。

1.4 电化学气体传感器

它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，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。

电化学气体传感器分很多子类：

1)、原电池型气体传感器(也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器)，他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。

2)、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，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。

3)、浓差电池型气体传感器，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传感器。

4)、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

1.5 红外气体传感器

大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。

这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的传感器工业的发展，这种传感器的体积已经由10升、45公斤的巨无霸，减小到2毫升(拇指大小)左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。

红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

这种传感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的检测。

二、气体传感器的发展方向

目前，国内外对新的气敏材料和气体传感器的研究非常活跃，其主要研究和发展方向主要集中在以下几点：

首先，开发新的气敏材料。主要措施是在传统的半导体气敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中掺杂一些元素，目前有很多这方面的研究 道；其次是研制和开发复合型和混合型半导体气敏材料和高分子气敏材料，使这些材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。

另外，开发新的气体传感器，应用新材料、新工艺和新技术，对气体传感器的机理做进一步研究，使传感器更加微型化和多功能化，并具有性能稳定、使用方便、价格低廉等特点，进一步采用计算机技术实现气体传感器的智能化。

三、气体传感器的检测应用

在民用方面，气体传感器的应用主要体现在厨房检测天然气、液化石油气和城市煤气等民用燃气的泄漏，检测微波炉中食物烹调时产生的气体从而自动控制微波炉烹调食物。

气体传感器在工业应用主要是应用在石化工业中检测二氧化碳、氮氧化合物、硫氧化物、氨气、硫化氢及氯气等有害气体；半导体和微电子工业检测有机溶剂和磷烷等剧毒气体；电力工业检测电力变压器油变质过程中产生的氢气等。

环境检测当然也离不开气体传感器，比如应用传感器检测氮的氧化物、硫的氧化物、氯化氢等引起酸雨的气体；检测二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟里昂等温室效应气体；检测臭氧、氟里昂等破坏臭氧层的气体；检测氨气、硫化氢和气体难闻气体等。

四、结语

通过以上的内容我们知道，不同种类的气体传感器在生活、环境监测、工业三方面的应用以及作用也不尽相同。随着科学技术的不断发展，不同种类的传感器的应用领域以及作用范围会更加的广阔。

总而言之，气体传感器在市场上占有很大的比重，根据其不同的功能在各领域都有很大的作用。未来经过对传感器的进一步改造与创新，其应用的范围会越来越广泛。我们将在更多的场合见到气体传感器的应用。

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