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氣體傳感器原理詳述

2019年05月28日 09:59深圳市東日瀛能科技有限公司點(diǎn)擊量:2350

  1、催化燃燒式氣體傳感器
 
  這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層,在一定的溫度下,可燃性氣體在其表面催化燃燒,燃燒是白金電阻溫度升高,電阻變化,變化值是可燃性氣體濃度的函數(shù)。
 
  催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測(cè)可燃性氣體:凡是可以燃燒的,都能夠檢測(cè);凡是不能燃燒的,傳感器都沒有任何響應(yīng)。當(dāng)然,『凡是可以燃燒的,都能夠檢測(cè)』這一句有很多例外,但是,總的來講,上述選擇性是成立的。
 
  催化燃燒式氣體傳感器計(jì)量準(zhǔn)確,響應(yīng)快速,壽命較長(zhǎng)。傳感器的輸出與環(huán)境的爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān),在安全檢測(cè)領(lǐng)域是一類主導(dǎo)地位的傳感器。
 
  缺點(diǎn):在可燃性氣體范圍內(nèi),無選擇性。暗火工作,有引燃爆炸的危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用。
 
  目前這種傳感器的主要供應(yīng)商在中國(guó)、日本、英國(guó)(發(fā)明國(guó))!目前中國(guó)是這種傳感器的大用戶(煤礦),也擁有的傳感器生產(chǎn)技術(shù),盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會(huì)對(duì)這種傳感器的認(rèn)識(shí),但是畢竟,催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商在國(guó)內(nèi)。
 
  2、熱導(dǎo)池式氣體傳感器
 
  每一種氣體,都有自己特定的熱導(dǎo)率,當(dāng)兩個(gè)和多個(gè)氣體的熱導(dǎo)率差別較大時(shí),可以利用熱導(dǎo)元件,分辨其中一個(gè)組分的含量。這種傳感器已經(jīng)傳感器地用于氫氣的檢測(cè)、二氧化碳的檢測(cè)、高濃度甲烷的檢測(cè)。這種氣體傳感器可應(yīng)用范圍較窄,限制因素較多。這是一種老式產(chǎn)品,*各地都有制造商。產(chǎn)品質(zhì)量*大同小異。
 
  3、電化學(xué)式氣體傳感器
 
  它相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(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)氣體傳感器分很多子類:
 
  (1)、原電池型氣體傳感器(也稱:加伏尼電池型氣體傳感器,也有稱燃料電池型氣體傳感器,也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器),他們的原理行同我們用的干電池,只是,電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例,氧在陰極被還原,電子通過電流表流到陽極,在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測(cè)氧氣、二氧化硫、等。
 
  (2)、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,它的原理與原電池型傳感器不一樣,它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的,是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于:一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測(cè)之中,是目前有毒有害氣體檢測(cè)的主流傳感器。
 
  (3)、濃差電池型氣體傳感器,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.
 
  半導(dǎo)體式氣體傳感器
 
  [1]它是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料,在一定溫度下,電導(dǎo)率隨著環(huán)境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如,酒精傳感器,就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時(shí),電阻會(huì)急劇減小的原理制備的。
 
  優(yōu)點(diǎn)
 
  半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效地用于: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、丙烯酸等很多氣體地檢測(cè)。尤其是,這種傳感器成本低廉,適宜于民用氣體檢測(cè)的需求。下列幾種半導(dǎo)體式氣體傳感器是成功的:甲烷(天然氣、沼氣)、酒精、一氧化碳(城市煤氣)、硫化氫、氨氣(包括胺類,肼類)。高質(zhì)量的傳感器可以滿足工業(yè)檢測(cè)的需要。英思科,美國(guó)氣體傳感器
 
  1.氣體傳感器從原理上可以分為三大類:
 
  A) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如半導(dǎo)體式(表面控制型、體積控制型、表面電位型)、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。
 
  B) 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器:如熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式等。
 
  C) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如定電位電解式、迦伐尼電池式、隔膜離子電極式、固定電解質(zhì)式等。
 
  2.有毒有害氣體分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類
 
  目前氣體檢測(cè)儀總的來說有5種工作原理,分別是電化學(xué)技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、PID技術(shù)(光電離子技術(shù))、紅外線技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)。
 
  那各個(gè)技術(shù)原理的傳感器又是怎么工作的呢?
 
  電化學(xué)技術(shù)原理傳感器
 
  原理:利用待測(cè)氣體的活潑化學(xué)性質(zhì),具有還原性或氧化性,在參與化學(xué)反應(yīng)的過程中有電子釋放或吸收,大量電子形成電流,電流大小和氣體濃度成正比,測(cè)量電流大小即可測(cè)得待測(cè)氣體濃度。
 
  優(yōu)點(diǎn):性能比較穩(wěn)定,絕大多數(shù)有毒有害氣體能用電化學(xué)傳感器測(cè)量,測(cè)量線性很好。
 
  不足:電化學(xué)傳感器屬于耗材,使用壽命比較短,一般環(huán)境下1-2年的壽命,惡劣環(huán)境下3-6個(gè)月就需要更換,維護(hù)費(fèi)用比較高。
 
  用途:主要用于有毒有害的氣體檢測(cè)較多。
 
  催化燃燒技術(shù)原理傳感器
 
  原理:利用其表面可燃?xì)怏w燃燒反應(yīng)放出的熱量的原理,即燃燒使鉑絲線圈的溫度升高,線圈的電阻值就上升。測(cè)量鉑絲電阻值變化的大小就可以知道可燃?xì)怏w的濃度,適用于測(cè)量低濃度可燃?xì)怏w。
 
  優(yōu)點(diǎn):性能比較穩(wěn)定,絕大多數(shù)可燃?xì)怏w能用催化燃燒傳感器測(cè)量,測(cè)量線性很好,成本相對(duì)于電化學(xué)傳感器低一點(diǎn)。
 
  不足:屬于燃燒式傳感器,不能在易爆場(chǎng)所使用,例如礦井,否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
 
  用途:主要用于檢測(cè)可燃?xì)怏w較多。
 
  PID傳感器 光電離檢測(cè)器
 
  原理:利用高能量的紫外光線將有機(jī)物氣體電離,再將帶電離子在極板上形成的電流放大進(jìn)行測(cè)量,電流的大小就反應(yīng)了氣體濃度的大小。
 
  優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,能測(cè)量ppb級(jí)別的VOC,反應(yīng)迅速,響應(yīng)時(shí)間很快,能測(cè)量大部分VOC。
 
  不足:傳感器成本很高。
 
  用途:主要用于檢測(cè)揮發(fā)性氣體較多。
 
  紅外傳感器
 
  原理:不同可燃?xì)怏w對(duì)紅外線的吸收不同,通過檢測(cè)紅外光敏器件上的電流大小,可以測(cè)得可燃?xì)怏w的濃度。
 
  優(yōu)點(diǎn):光學(xué)原理,適用于所有場(chǎng)所,特別是易爆區(qū)域;傳感器壽命長(zhǎng),一般3-5年,后期維護(hù)量小。
 
  不足:測(cè)量精度不是很高,只能測(cè)量高濃度可燃?xì)怏w。
 
  用途:主要用于不常見氣體較多。
 
  半導(dǎo)體傳感器
 
  原理:利用半導(dǎo)體材料對(duì)氣體的吸附性,改變氣敏電阻的阻值,從而判斷氣體的有無。
 
  優(yōu)點(diǎn):成本低。
 
  不足:受外界環(huán)境變化影響很大,沒有線性,只能測(cè)有無氣體,不能定量測(cè)量氣體濃度。
 
  用途:家用報(bào)警器中應(yīng)用較多,比較不適用于工業(yè)氣體檢測(cè)儀。
 
  氣體傳感器使用須知
 
  如電化學(xué)傳感器:不能將傳感器長(zhǎng)時(shí)間超量程使用,否則會(huì)造成傳感器中毒,形成不可恢復(fù)的損壞
 
  檢測(cè)氧氣的傳感器:氧氣傳感器在極低濃度或*濃度的環(huán)境下使用時(shí),壽命會(huì)大大減短。
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