目前新型气体传感器的研究动态及其发展方向
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气体传感器技术研究一、前言随着环境污染日趋严重,气体传感器技术成为了环保领域重要的研究方向。
气体传感器技术是一种能够检测空气中不同气体浓度的传感器。
在气体控制、空气检测、工业与环境、医学和生物学等领域,气体传感器都有着广泛的应用。
本文将阐述气体传感器技术的研究现状、发展趋势以及未来展望。
二、气体传感器技术的分类根据气体传感器检测气体的特性和工作原理,气体传感器可分为以下几类:1. 电化学气体传感器电化学气体传感器是利用氧化还原反应将所测气体化学量转化为电信号的传感器,主要应用于有害气体的检测。
比如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、二氧化碳、烟雾等。
但该类型传感器的主要缺点是响应时间较长,且需要定期校准。
2. 光学气体传感器光学气体传感器主要利用测试气体对于特定波长的光的吸收作用来实现气体的检测。
光学气体传感器在低浓度有机气体检测和生物医学领域有着广泛的应用。
3. 压阻式气体传感器压阻式气体传感器是通过利用一种敏感材料在气体作用下的电阻变化来检测气体浓度。
该传感器具有响应时间快、成本低、微型化等优点,主要应用于无机气体的检测。
4. 热导式气体传感器热导式气体传感器是通过气体作用下导热系数的变化来检测气体浓度。
主要应用于空气检测、燃气检测等领域。
三、气体传感器技术的研究现状随着科技的进步,气体传感器技术也在不断地发展和完善。
从传感器结构设计到传感器响应性能的提高,气体传感器在科技创新中的发展取得了很大的进展。
1. 纳米气体传感器:目前,纳米材料如石墨烯等已经成为气体传感器制备的研究热点,纳米传感器可以使传感器体积更小、响应速度更快,人们已经成功在以硅为基底的纳米气体传感器中,实现了对甲醛等小分子有机气体检测。
2. 阵列气体传感器:为了提高气体传感器检测的可靠性和准确性,科学家们正在研发以气体传感阵列技术为基础的气体传感器。
该技术可以结合多种传感器模块形成一个气体传感阵列,并通过阵列分析,对多种气体做出判别,从而提高传感器的测量准确性。
多功能气体传感器技术研究随着科技的不断发展,人们对环境污染和日常生活中危险气体的检测越来越重视。
多功能气体传感器技术在这一领域中扮演着重要的角色。
本文将讨论多功能气体传感器技术的研究进展、应用和未来发展趋势。
一、多功能气体传感器技术研究进展多功能气体传感器技术指的是一种可以同时检测多种气体的传感器技术。
传统的气体传感器只能检测一种气体,而多功能气体传感器可以同时检测多种气体成分。
目前,多功能气体传感器技术研究进展迅速,主要表现在以下几个方面:1.物质选择性的改善多功能气体传感器技术最大的挑战在于如何选用合适的材料以检测多种气体。
科研人员运用纳米技术、新型材料设计等方法不断改善物质选择性,以适应各种不同应用场景下的要求。
2.检测精度的提高多功能气体传感器技术的检测精度直接影响着其实际应用效果。
目前,科研人员基于微纳技术和机器学习等技术,不断提升传感器的检测精度和可靠性,以更好地满足实际应用场景的需求。
3.传感器体积的缩小多功能气体传感器主要应用于危险气体检测和环境污染监测等领域,而这些领域中常常需要将传感器安装在较小的装置内。
为此,科研人员着眼于传感器体积的缩小,不断探索微型化传感器的制造方法。
二、应用领域多功能气体传感器技术应用领域广泛。
主要应用于以下几个方面:1.危险气体检测在石油化工、电力、燃气、钢铁等行业中,危险气体对人员安全和生产环境带来了潜在的威胁。
多功能气体传感器技术专门用于危险气体的检测、报警和控制,保障人员安全和生产环境。
2.环境污染监测环境污染对人类健康和生态环境带来了极大的威胁。
多功能气体传感器技术在城市环境监测、空气质量监测、水质监测等领域中得到广泛应用。
3.医疗诊断多功能气体传感器技术可以用于呼吸道疾病的诊断,并可对患者的呼吸状态进行实时监测。
此外,多功能气体传感器技术还可以用于生物细胞研究和药物研发等领域。
三、未来发展趋势尽管多功能气体传感器技术已经取得了很大的进展,但仍存在不少挑战和机遇。
新型气体传感器的研究与应用一、引言气体传感器是一种用于检测、测量和监测气体浓度、压力、流量和其他物理和化学参数的传感器。
它们被广泛应用于各种领域,如环境监测、医疗保健、工业控制和安全等方面。
随着科技的发展,新型气体传感器的研究和应用逐渐成为研究的热点和技术进展的方向。
本文将重点介绍几种新型气体传感器的研究和应用,包括光谱传感器、生物传感器和纳米传感器等,以及它们在环境监测、医疗保健、工业控制和安全等方面的应用。
二、光谱传感器光谱传感器是一种基于光谱技术的传感器,利用可见光、红外或紫外光的吸收、发射或散射来检测气体的浓度和成分。
它具有高敏感度、高选择性和非接触性等优点。
光谱传感器的核心技术是光谱分析,合理的光谱分析能够提高传感器的灵敏度和准确度。
例如,在使用红外光谱传感器检测甲烷时,通过选择合适的光源波长可以实现最佳的检测结果。
光谱传感器的应用领域主要包括环境监测、空气质量检测、火灾检测、化学品检测和工业过程控制等。
例如,红外光谱传感器可以检测甲烷等有害气体,用于环境监测和工业控制。
紫外光谱传感器可以用于检测臭氧等空气污染物,用于空气质量检测。
光谱传感器的灵敏度和准确度的提高,有望为环境监测和空气质量检测提供更有效的手段。
三、生物传感器生物传感器是一种基于生物反应原理的传感器,利用生物元件如酶、抗体等来检测气体成分或性质的传感器。
生物传感器具有高灵敏度、高选择性和快速响应等特点。
生物传感器的核心技术是生物反应,合理的生物反应设计能够提高传感器的灵敏度和选择性。
例如,利用抗体作为生物元件,能够实现对特定分子的高度选择性。
生物传感器的应用领域主要包括生物医学检测、食品安全检测、环境检测和生产工艺控制等方面。
例如,利用生物传感器可以检测血糖、血清蛋白等生物分子,用于生物医学检测。
利用生物传感器也可以检测食品中的有害物质,用于食品安全检测。
四、纳米传感器纳米传感器是一种利用纳米材料和纳米技术构建的传感器,具有高灵敏度和特异性等优点。
微型气体传感器的研发与应用一、引言微型气体传感器是一种能够快速、准确地检测环境中气体成分的仪器,广泛应用于环境监测、生物医学、工业生产及生活安全等领域。
近年来,随着微电子技术的不断发展,微型气体传感器得以快速发展,并广泛应用于各个领域。
本文将从传感器的研发与应用两个方面,介绍微型气体传感器的现状及未来发展趋势。
二、微型气体传感器的研发1. 传感器原理及发展微型气体传感器是利用物理、化学原理的传感器。
常用的微型气体传感器有半导体氧化物传感器、电化学传感器、纳米材料传感器和表面等离子体共振传感器等。
随着微纳工程技术及半导体制造工艺的发展,微型气体传感器在灵敏度、选择性、反应速度、功耗、体积等方面均有较大提升。
目前,微型气体传感器主要应用于环境、工业和医疗卫生等领域。
2. 研究进展与挑战随着传感器技术的不断发展,微型气体传感器可以实现更小、更灵敏、更具选择性、更快速的响应。
但是,对于某些气体传感器而言,它们仍面临着特定方面的挑战。
例如,在高温、高湿和高浓度气氛下,气体传感器可能会出现受干扰的情况,导致传感器读数失真,从而影响传感器的有效性。
此外,由于气体在环境中的存在形式的复杂性,使得气体传感器必须具有更强的选择性和特异性。
三、微型气体传感器的应用1. 环境监测微型气体传感器的应用在环境监测中显得尤为重要。
通过对气体传感器的检测,可以实现对空气中的温度、湿度和各种有害物质的检测和监控,如有毒气体、有害气体、医疗废气等。
例如,在室内空气监测中,通过安装微型气体传感器,可以检测各种有害气体的含量和浓度,从而及时发现问题,避免危害。
2. 生物医学微型气体传感器的应用还包括生物医学领域,例如对呼吸气体的检测。
人体呼出的气体中含有许多生物标志物,可以通过对微型气体传感器的检测来检测疾病或身体状态的变化,如肺癌、肺结核等。
3. 工业生产微型气体传感器在工业生产中也有广泛应用,在生产过程中检测气体的组分和浓度,降低生产过程中产生的有害气体的浓度和危害人员健康的可能。
气体传感器行业发展现状及趋势研究一、气体传感器行业概况气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。
探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。
气体传感器行业的上游主要为电子元件、光学材料、探测器、贵金属材料、精密加工等行业,气体传感器的下游应用领域众多,主要包括智能家居、汽车电子等行业,终端客户覆盖行业类型广泛、种类繁杂、分散度高,终端产品的复杂性、个性化程度高。
按照技术原理,气体传感器可划分为半导体气体传感器、催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感器、超声波气体传感器和光电离子探测气体传感器。
二、气体传感器行业发展现状传感器技术与通信技术、计算机技术并称现代信息产业的三大支柱,是当代科学技术发展的重要标志之一。
随着国家政策支持、科技水平提升及物联网兴起,近年来我国传感器技术水平和市场规模迅速提升,2014年至2019年,我国传感器市场规模从982.6亿元增长至2188.8亿元,预计2021年市场规模将达到2951.8亿元。
目前应用的气体传感器中,以半导体、电化学、催化燃烧、光学等技术种类为主。
其中,运用红外、光散射等光学原理的气体传感器出现及应用时间较晚、难度较大、价格较高,目前所占市场份额较小,但近年来年红外技术的市场份额逐年提升,预计2020年市场份额能达到24.06%。
三、气体传感器行业竞争格局近年来我国气体传感器产业快速增长,国内气体传感器优势企业逐步具备在境外市场与国际领先厂商开展竞争的能力。
目前气体传感器行业内的主要企业有盛思锐、森尔、汉威科技、攀藤科技和四方光电等。
四、气体传感器行业发展趋势1、多功能集成是市场客观需求。
为通过一款产品同时检测多组分气体包括浓度、流量、温度、湿度、压力在内的多种特性,以往单功能气体传感器逐渐被复合型气体传感器取代,这对气体传感器厂商的技术全面性及产品储备提出了更高要求。
气体传感器的研究进展及应用前景随着科技的发展,人们对于环保、安全等问题的关注也越来越高。
而气体传感器就是在这样的背景下应运而生的。
气体传感器可以检测空气中的各种有害物质,比如有害气体、可燃气体、二氧化碳等等。
在人们的生活中,气体传感器的应用非常广泛,下面我们就来了解一下气体传感器的研究进展及应用前景。
一、气体传感器的研究进展1. 传感器技术在传感器技术上,主要有两个方面的进展。
一是微纳米技术的运用,可以大大提高气体传感器的灵敏度和准确性。
二是无线传感技术的应用,可以使传感器的使用更加便捷。
2. 检测材料针对不同的气体,气体传感器所使用的检测材料也不同。
目前,研究人员正在研发高灵敏的氧气、氮气、甲烷等气体的检测材料。
3. 检测机制气体传感器的检测机制也在不断研究和改进中。
目前,比较常见的检测机制有光学、电化学和热导等。
而在光学和电化学方面,研究人员正在研究如何提高传感器的灵敏度,并改进检测机制的精度和准确性。
二、气体传感器的应用前景1. 环保气体传感器可以检测空气中的各种污染物,可以提醒人们环保意识的养成。
而通过气体传感器的数据收集与分析,连环污染源也可以更具有针对性地被识别、治理和追溯。
2. 工业安全工业中经常会涉及可燃气体,而使用气体传感器可以及时发现可能的危险,并采取措施避免事故的发生。
另外,气体传感器也可以应用于某些特定领域如矿井、煤气行业等,防范和控制一些常见的有害气体泄漏,以保障工人们的安全。
3. 医疗保健气体传感器的一大应用领域就是医疗保健。
通过检测室内空气的二氧化碳浓度,可以帮助保持医院里的空气质量,减少医疗环境中各种疾病的传播。
通过感知心率、血压波形、呼吸节奏、运动状态等生理指标,还可以用于健康数据的采集和分析。
四、结语总的来说,气体传感器的研究进展和应用前景是非常广泛的。
而针对改善生活和保障人类健康这一目标,研究人员必须进一步改进和完善气体传感器在各领域的应用。
令人期待的是,未来一定会有更多新材料、新技术被应用于气体传感器的研究中,推动气体传感器在生产、环保、医疗等多个领域的应用进步。
目前新型气体传感器的研究动态及其发展方向LV-thresh-old limit value) 或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit) 的百分比的检测要有足够的灵敏性。
1.3选择性选择性也被称为交叉灵敏度。
可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。
这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。
这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的,因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性,理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。
1.4抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。
在气体大量泄漏时,探头应能够承受期望气体体积分数10〜20倍。
在返回正常工作条件下,传感器漂移和零点校正值应尽可能小。
气体传感器的基本特征,即灵敏度、选择性以及稳定性等,主要通过材料的选择来确定。
选择适当的材料和开发新材料,使气体传感器的敏感特性达到最优。
2主要原理及分类通常以气敏特性来分类,主要可分为:半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。
2.1半导体气体传感器半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。
这些都是由材料的半导体性质决定的。
自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来,半导体气体传感器已经成为当前应用最普遍、最具有实用价值的一类气体传感器,根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。
电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器,是一种用金属氧化物薄膜(例如:Sn02, ZnO Fe203, Ti02等)制成的阻抗器件,其电阻随着气体含量不同而变化。
气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。
为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。
2024年气敏传感器市场发展现状1. 简介气敏传感器是一种能够通过感知气体种类、浓度与环境条件等信息并转化为相关电信号的器件。
它在环境监测、安全控制、医疗诊断、智能家居等领域有着广泛的应用。
本文将对气敏传感器市场的发展现状进行介绍。
2. 市场规模与增长趋势根据市场调研数据显示,气敏传感器市场的规模逐年增长。
随着工业自动化和环境监测需求的增加,气敏传感器在这些领域得到广泛应用,推动了市场需求的增长。
根据预测,到2025年,全球气敏传感器市场规模将达到XX亿美元。
3. 应用领域气敏传感器广泛应用于不同的领域。
以下是一些主要应用领域的介绍:3.1 工业自动化在工业自动化领域,气敏传感器被用于检测气体成分、浓度和压力等参数,以实现对生产过程的监控和控制。
例如,在化工厂中,气敏传感器用于检测有害气体以确保工人的安全。
3.2 环境监测气敏传感器可用于监测室内和室外空气质量和污染物浓度。
通过检测空气中的有害气体浓度,它们能够帮助监测和改善环境质量,从而保护公众的健康。
3.3 智能家居随着智能家居的快速发展,气敏传感器在智能家居系统中扮演着重要的角色。
它们能够监测煤气泄露、一氧化碳等有害气体的浓度,及时发出警报并与其他设备进行互联,确保家庭的安全。
3.4 医疗诊断在医疗诊断领域,气敏传感器可用于检测呼吸气中的生物标志物,如氨气、二氧化碳等。
通过监测呼吸气中的成分,医生能够及时进行疾病诊断和治疗。
4. 主要厂商与市场竞争态势目前,全球气敏传感器市场上存在着众多厂商,其中包括XX、YY、ZZ等知名厂商。
这些厂商通过不断推出新产品、加强研发能力和与合作伙伴的合作,以在市场上保持竞争优势。
市场竞争主要集中在产品质量、性能、价格和服务上。
5. 技术发展趋势随着科技的不断发展,气敏传感器也在不断创新与进步。
以下是一些技术发展趋势:5.1 微型化随着尺寸的减小和集成度的提高,气敏传感器正朝着微型化的方向发展。
微型化的气敏传感器不仅能够适应各种复杂环境,还可以应用于微型设备和嵌入式系统中。
新型气体传感器的研究及应用现状气体传感器是一种广泛应用的传感器类型,它可以检测和定量分析空气或其他气体的成分。
随着科学技术的发展,新型气体传感器得到了广泛的研究和应用,为各种领域的气体检测提供了更加灵敏和精确的手段。
一、新型气体传感器的研究现状近年来,新型气体传感器的研究主要围绕着以下几个方向展开:1. 纳米气体传感器纳米气体传感器是指通过制备纳米或微纳米级别的材料,在其表面或内部形成一种响应气体作用的敏感界面,然后通过电学、光学、热学等手段测量气体作用后的电学、光学、热学等信号,实现对气体成分的检测。
纳米气体传感器对环境污染和生物监测等领域有广泛应用前景,但目前还存在一些技术难题需要解决。
2. 光学气体传感器光学气体传感器主要利用一些光学现象,如吸收、散射、发光等,对气体成分进行检测。
例如,红外线吸收谱和拉曼光谱可以直接检测气体的能级结构和分子振动结构,利用这些光学现象可以实现对气体成分的快速、准确的检测。
3. 物化气体传感器物化气体传感器主要是通过氧化还原反应、吸附解吸、化学程序等手段,实现对气体成分的选择性检测。
这种传感器通常是将敏感材料涂覆在金属基底或薄膜上,然后通过测量敏感材料材料表面的电阻、电容、电导率等物理化学性质的变化,来判断气体成分的种类和含量。
二、新型气体传感器的应用现状新型气体传感器已经广泛应用于以下领域:1. 环境污染监测气体传感器可以监测空气中的各种污染物质,如二氧化硫、一氧化碳、臭氧等,及时发现和控制环境污染,防止对健康和环境造成不可逆转的损害。
2. 工业生产中的气体检测在工业生产中,气体往往是非常关键的参数,如在化学工业生产中,研究气体反应的成分和浓度对生产的成功和安全至关重要。
气体传感器可以实时监测气体成分和浓度,确保生产的顺利进行。
3. 生物医学检测气体传感器可以检测人体呼吸中的气体成分,如氧气、二氧化碳等,从而实现对人体呼吸系统的监测和诊断。
此外,它还可以用于检测食品中的气体成分,如二氧化碳、氧气等,保证食品的质量和安全。
目前新型气体传感器的研究动态及其发展方向摘要:近年来,由于在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高,因此对气体传感器的研究和开发也越来越重要。
随着先进科学技术的应用,气体传感器发展的趋势是微型化、智能化和多功能化。
深入研究和掌握有机、无机、生物和各种材料的特性及相互作用,理解各类气体传感器的工作原理和作用机理,正确选择各类传感器的敏感材料,灵活运用微机械加工技术、敏感薄膜形成技术、微电子技术、光纤技术等,使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向。
关键词:气体传感器智能化气体传感器是气体检测系统的核心,通常安装在探测头内。
从本质上讲,气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。
探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸,甚至对样品进行化学处理,以便化学传感器进行更快速的测量。
气体的采样方法直接影响传感器的响应时间。
目前,气体的采样方式主要是通过简单扩散法,或是将气体吸入检测器。
简单扩散是利用气体自然向四处传播的特性。
目标气体穿过探头内的传感器,产生一个正比于气体体积分数的信号。
由于扩散过程渐趋减慢,所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。
扩散法的一个优点是将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。
样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道。
这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流,所以在气流大小和流速经常变化的情况下,这种方法较值得推荐。
将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离,距离的长短主要是根据传感器的设计,但采样线较长会加大测量滞后时间,该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。
对于某种目标气体和汽化物,如SiH4以及大多数生物溶剂,气体和汽化物样品量可能会因为其吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。
气体传感器是化学传感器的一大门类。
从工作原理、特性分析到测量技术,从所用材料到制造工艺,从检测对象到应用领域,都可以构成独立的分类标准,衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系,尤其在分类标准的问题上目前还没有统一,要对其进行严格的系统分类难度颇大。
1 主要特性1.1 稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性,取决于零点漂移和区间漂移。
零点漂移是指在没有目标气体时,整个工作时间内传感器输出响应的变化。
区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化,表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。
理想情况下,一个传感器在连续工作条件下,每年零点漂移小于10%。
1.2 灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比,主要依赖于传感器结构所使用的技术。
大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。
首先要考虑的是选择一种敏感技术,它对目标气体的阀限制(TLV-thresh-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的检测要有足够的灵敏性。
1.3 选择性选择性也被称为交叉灵敏度。
可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。
这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。
这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的,因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性,理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。
1.4 抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。
在气体大量泄漏时,探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。
在返回正常工作条件下,传感器漂移和零点校正值应尽可能小。
气体传感器的基本特征,即灵敏度、选择性以及稳定性等,主要通过材料的选择来确定。
选择适当的材料和开发新材料,使气体传感器的敏感特性达到最优。
2 主要原理及分类通常以气敏特性来分类,主要可分为:半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。
2.1 半导体气体传感器半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。
这些都是由材料的半导体性质决定的。
自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来,半导体气体传感器已经成为当前应用最普遍、最具有实用价值的一类气体传感器,根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。
电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器,是一种用金属氧化物薄膜(例如:Sn02,ZnO Fe203,Ti02等)制成的阻抗器件,其电阻随着气体含量不同而变化。
气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。
为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应。
传感器内的加热器有助于氧化反应进程。
它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。
不足之处是必须工作于高温下、对气味或气体的选择性差、元件参数分散、稳定性不够理想、功率要求高.当探测气体中混有硫化物时,容易中毒。
现在除了传统的SnO,Sn02和Fe203三大类外,又研究开发了一批新型材料,包括单一金属氧化物材料、复合金属氧化物材料以及混合金属氧化物材料。
这些新型材料的研究和开发,大大提高了气体传感器的特性和应用范围。
另外,通过在半导体内添加Pt,Pd,Ir等贵金属能有效地提高元件的灵敏度和响应时间。
它能降低被测气体的化学吸附的活化能,因而可以提高其灵敏度和加快反应速度。
催化剂不同,导致有利于不同的吸附试样,从而具有选择性。
例如各种贵金属对Sn02基半导体气敏材料掺杂,Pt,Pd,Au提高对CH4的灵敏度,Ir降低对CH4的灵敏度;Pt,Au提高对H2的灵敏度,而Pd降低对H2的灵敏度。
利用薄膜技术、超粒子薄膜技术制造的金属氧化物气体传感器具有灵敏度高(可达10-9级)、一致性好、小型化、易集成等特点。
非电阻式半导体气体传感器是MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管式(MOSFET)半导体气体传感器。
其电流或电压随着气体含量而变化,主要检测氢和硅烧气等可燃性气体。
其中,MOSFET气体传感器工作原理是挥发性有机化合物(VOC)与催化金属(如钮)接触发生反应,反应产物扩散到MOSFET的栅极,改变了器件的性能。
通过分析器件性能的变化而识别VOC。
通过改变催化金属的种类和膜厚可优化灵敏度和选择性,并可改变工作温度。
MOSFET气体传感器灵敏度高,但制作工艺比较复杂,成本高。
2.2 电化学型气体传感器电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。
原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数,市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器,近年来,又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。
可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数,和原电池式不同的是,需要由外界施加特定电压,除了能检测CO,NO,N0 2,02,S02等气体外,还能检测血液中的氧体积分数。
电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。
离子电极式气体传感器出现得较早,通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数已电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。
2.3 固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。
20世纪70年代开始,固体电解质气体传感器由于电导率高、灵敏度和选择性好,获得了迅速的发展,现在几乎应用于环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域,其产量大、应用广,仅次于金属氧化物半导体气体传感器。
近来国外有些学者把固体电解质气体传感器分为下列三类:1) 材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子相同的传感器,例如氧气传感器等。
2) 材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子不相同的传感器,例如用于测量氧气的由固体电解质SrF2H和Pt电极组成的气体传感器。
3) 材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器,例如新开发高质量的C02固体电解质气体传感器是由固体电解质NASICON(Na3Zr2Si2P012)和辅助电极材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03,Li2C03- BaC03组成的。
目前新近开发的高质量固体电解质传感器绝大多数属于第三类。
又如:用于测量N02的由固体电解质Na SiCON和辅助电极N02- Li2C03制成的传感器;用于测量H2S的由固体电解质YST-Au-W03制成的传感器;用于测量NH3的由固体电解质NH4-Ca203制成的传感器;用于测量N02的由固体电解质Ag0.4Na7.6和电极Ag-Au制成的传感器等。
2.4 接触燃烧式气体传感器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,其工作原理是气敏材料(如Pt电热丝等)在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧,电热丝由于燃烧而生温,从而使其电阻值发生变化。
这种传感器对不燃烧气体不敏感,例如在铅丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器,具有广谱特性,即能检测各种可燃气体。
这种传感器有时称之为热导性传感器,普遍适用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道和浴室厨房的可燃性气体的监测和报警。
该传感器在环境温度下非常稳定,并能对处于爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测。
2.5 光学式气体传感器光学式气体传感器包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等,主要以红外吸收型气体分析仪为主,由于不同气体的红外吸收峰不同,通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。
目前的最新动向是研制开发了流体切换式、流程直接测定式和傅里叶变换式在线红外分析仪。
该传感器具有高抗振能力和抗污染能力,与计算机相结合,能连续测试分析气体,具有自动校正、自动运行的功能。
光学式气体传感器还包括化学发光式、光纤荧光式和光纤波导式,其主要优点是灵敏度高、可靠性好。
光纤气敏传感器的主要部分是两端涂有活性物质的玻璃光纤。
活性物质中含有固定在有机聚合物基质上的荧光染料,当VOC与荧光染料发生作用时,染料极性发生变化,使其荧光发射光谱发生位移。
用光脉冲照射传感器时,荧光染料会发射不同频率的光,检测荧光染料发射的光,可识别VOC。
2.6 高分子气体传感器近年来,国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展,高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合等特点,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测具有重要作用。
高分子气体传感器根据气敏特性主要可分为下列几种:1)高分子电阻式气体传感器该类传感器是通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体的体积分数,目前的材料主要有欧菁聚合物、L B膜、聚毗咯等。