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第二章氣體傳感器

2020-04-09來源：未知

1、什么是傳感器？
傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

2、什么是氣體傳感器？
氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！

3、氣體傳感器分類：
“氣體傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、PID光離子原理傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器。

4、各類傳感器的工作原理：
催化燃燒原理傳感器：
它是由鉑金絲和多孔陶瓷催化珠制成。其原理是利用了鉑金絲在不同的溫度下電阻有規(guī)律變化的特性來測(cè)量環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度。當(dāng)空氣中含有可燃性氣體擴(kuò)散到檢測(cè)傳感器表面上，在傳感器表面催化劑作用下迅速進(jìn)行無焰燃燒，陶瓷催化珠的溫度升高，帶動(dòng)鉑金絲溫度升高從而電阻升高，檢測(cè)橋路輸出一個(gè)差壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)的大小與可燃性氣體濃度成正比例關(guān)系。它經(jīng)過放大后，進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換并把可燃性氣體爆炸下限值以內(nèi)的百分含量（%LEL）轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

氧氣傳感器
應(yīng)用了伽伐尼原電池原理，其構(gòu)造是在原電池內(nèi)裝置了陽極（鉛）和陰極（銀），以薄膜同外部隔開，當(dāng)空氣中的含氧氣體透過此薄膜到達(dá)陰極，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。傳感器此時(shí)將有個(gè)與氧氣濃度成正比關(guān)系的mV級(jí)電壓輸出，這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)放大后，進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換并把氧氣的百分比（0～30%）以內(nèi)含量轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

電化學(xué)原理傳感器
它應(yīng)用控制電位電解法原理，其構(gòu)造是在電解池內(nèi)安置了三個(gè)電極，即工作電極，對(duì)電極和參比電極，并施加以一定的極化電壓，更換不同氣體的傳感器并改變極化電壓數(shù)值，即可測(cè)量出不同的有毒有害氣體。被測(cè)氣體透過薄膜到達(dá)工作電極，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，傳感器此時(shí)將有一微小電流輸出，此電流與有毒有害氣體濃度成正比關(guān)系，這個(gè)電流信號(hào)經(jīng)采樣處理轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷海妷盒盘?hào)再經(jīng)過放大后進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換，并把有毒有害氣體檢測(cè)范圍內(nèi)的含量（ppm值）轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

光離子氣體傳感器（PID）
它采用光離子電離氣體的原理進(jìn)行氣體檢測(cè)的。具體的說，就是使用離子燈產(chǎn)生的紫外光對(duì)目標(biāo)氣體進(jìn)行照射/轟擊，目標(biāo)氣體吸收了足夠的紫光光能量后就會(huì)被電離，通過檢測(cè)氣體電離后產(chǎn)生的微小電流，即可檢測(cè)出目標(biāo)氣體的濃度。

紅外原理傳感器
它是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器，它包括光學(xué)系統(tǒng)，檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。

4、有害氣體傳感器選用技巧：
有害氣體的檢測(cè)有兩個(gè)目的，第一是測(cè)爆，第二是測(cè)毒。所謂測(cè)爆是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所可燃?xì)夂浚瑯?biāo)報(bào)警，以避免爆炸事故的發(fā)生;測(cè)毒是檢測(cè)危險(xiǎn)場(chǎng)所有毒氣體含量，超標(biāo)報(bào)警，以避免工作人員中毒。
　　有害氣體有三種情況第一、無毒或低毒可燃；第二、有毒但是不燃；第三、可燃并且有毒。針對(duì)這三種不同的情況，一般我們選擇傳感器需要選擇不同的氣體傳感器。例如測(cè)爆選擇可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀（第一種情況），測(cè)毒選擇有毒氣體檢測(cè)報(bào)警儀（第二種情況），第三種情況一般我們會(huì)根據(jù)客戶的需要和常識(shí)來選擇到底是測(cè)爆還是測(cè)毒（比如一氧化碳就屬于第三種，但是因?yàn)橐谎趸嫉谋O限濃度比較高，12.5%～74.2%，在一氧化碳的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它的爆炸下限的濃度時(shí)，對(duì)人體的毒害性就已經(jīng)很大了，所以對(duì)于一氧化碳而言，我們認(rèn)為檢測(cè)它的爆炸性意義不大，同理的還有氨氣，一般也是檢測(cè)其有毒性，像氫氣，雖然是一種無毒可燃的氣體，但是測(cè)微量濃度和測(cè)爆都是經(jīng)常發(fā)生）。其次我們需要選擇氣體檢測(cè)報(bào)警儀的類型，一般有固定式和便攜式。生產(chǎn)或貯存崗位長(zhǎng)期運(yùn)行的泄漏檢測(cè)選用固定式氣體檢測(cè)儀;其他像檢修檢測(cè)、應(yīng)急檢測(cè)、進(jìn)入檢測(cè)和巡回檢測(cè)等選用便攜式氣體檢測(cè)儀。
　　

氣體傳感器特性：
1、穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。
2、靈敏度
靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或最低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。
3、選擇性
選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。
4、抗腐蝕性
抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。
氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。