可燃性氣體傳感器屬于氣敏傳感器,是氣-電變換器,它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉化成電壓或者電流信號,通過A/D轉換電路將模擬量轉換成數字量后送到單片機,進而由單片機完成數據處理、濃度處理及報警控制等工作。傳感器作為可燃性氣體檢測報警器的信號采集部分液體紅外制樣,是儀表的核心組成部分之一。由此可見,傳感器的選型是非常重要的。來源:東海儀表網
(1) 氣體傳感器的分類
氣體傳感器種類繁多,從檢測原理上可以分為三大類:
(a)利用物理化學性質的氣體傳感器:如半導體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。
(b)利用物理性質的氣體傳感器:如熱導氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。
(c)利用電化學性質的氣體傳感器:如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。
(2) 氣體傳感器應滿足的基本條件
一個氣體傳感器可以是單功能的,也可以是多功能的;可以是單一的實體,也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是,任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件:
(a)能選擇性地檢測某種單一氣體,而對共存的其它氣體不響應或低響應;
(b)對被測氣體具有較高的靈敏度,能有效地檢測允許范圍內的氣體濃度;
(c)對檢測信號響應速度快,重復性好;
(d)長期工作穩定性好;
(e)使用壽命長;
①制造成本低,使用與維護方便。
(3) 常見氣體傳感器簡介
下面對工業上常用的幾種氣體傳感器作簡單介紹。
(a)半導體氣體傳感器
半導體氣體傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作匡氣體傳感器液體紅外制樣,以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器。自1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來,由十具有靈敏度高、響應快、輸莊信號強、耐久性強、結構簡單、價格便宜等諸多優點,得到了廣泛的應幾。該傳感器己成為世界上產量、使用的氣體傳感器之一。按貶敏感機理分類,可分為電阻型和非電阻型。
(b)固體電解質氣體傳感器
固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣敏材料作為氣敏兀件,其厚理是利用氣敏材料在通過氣體時產生離子,測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由十這種傳感器電導率高,靈敏度和選擇性好,因而得到了廣泛的應用,幾乎打入了石化、環保、礦業等各個領域,其產量僅次于半導體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高,檢測氣體范圍有限,在檢測環境污染領域中有優勢。
(c)接觸燃燒式傳感器
當接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發生氧化反應而燃燒,故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬扮(也可表面涂鉑、把等稀有金屬催化層),使用時將鉑扮通電,保持的高溫,此時若與可燃性氣體接觸,可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒,因此鉑扮的溫度會上升,鉑扮的電阻值也上升;通過測量鉑扮的電阻值變化的大小,就知道可燃性氣體的濃度。
(d)高分子氣體傳感器
利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時,其電阻、介電常數、材料表面聲波傳播進度和頻率、材料重量等物理性能發生變化。高分子氣敏材料由十具有易揀作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表雨波器件相結合,在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高,選擇性好,且結構簡單,能在常溫下使用,可以彌補其它氣體傳感器的不足。
(e)電化學傳感器
電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子,通過電極將信號傳出。它的優點是:反映速度快、準確、穩定性好、能夠定量檢測,但壽命較短(大約兩年)。它主要適用十毒性氣體檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。
(f)熱傳導傳感器
熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式,但是測量原理不同。它的測量原理是:將加熱后的鉑電阻線圈置十目標氣體中,由于向目標氣體傳送熱量造成溫度降低,引起電阻值變化,傳感器即測量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標氣體熱傳導率的函數,而對十一種給定的氣體或汽化物,熱傳導率是它固有的物理特性。
(g)紅外傳感器
紅外傳感器通常用兩束紅外光進行氣體測量,主光束通過測量兀件內的目標氣體,參考光束通過比較兀件內的參考氣體。在測量和比較兀件中,紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量,產生一個正比十目標氣體濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR(non-dispersiveIR)是其中的一種,所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。
不同的氣體吸收不同波長的IR,所以傳感器根據目標氣體而調整,典型應用包括測量CO和CO2、冷凍劑氣體和一些易燃氣。由十非碳氫化合物(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量,所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物,并具有最小的交叉靈敏度,而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標氣體的影響。
(4) 常見氣體傳感器可檢測氣體種類
由十氣體的種類繁多,一種類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體,通常只能檢測某一種或兩種特定性質的氣體。例如氧化物半導體氣體傳感器主要檢測各種還原性氣體,如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質氣體傳感器主要用十檢測無機氣體,如O2、CO2、H2、C12、SO2等。
表2.1簡要列舉出已經研究、開發的各類氣體傳感器及其可檢測的氣體種類。