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目錄：
一、氣體傳感器的概述
二、氣體傳感器的特性
三、如何選擇氣體傳感器
1. 根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境
2. 靈敏度的選擇
3. 響應(yīng)特性（反應(yīng)時(shí)間）線性范圍
四、氣體傳感器的分類
1. 半導(dǎo)體式氣體傳感器
2. 固體電解質(zhì)式氣體傳感器
3. 接觸燃燒式氣體傳感器
4. 電化學(xué)式氣體傳感器
5. 光學(xué)氣體式氣體傳感器
6. 高分子式氣體傳感器
7. 集成復(fù)合式氣體傳感器
五、氣體傳感器類別課題重點(diǎn)分析
a. 電化學(xué)式氣體傳感器
1）恒電位電解式傳感器 2） 原電池式氣體傳感器
b. 光化學(xué)式氣體傳感器
1）直接吸收式 2) 光反應(yīng) 3) 氣體光學(xué)特性的新傳感器
六、氣體傳感器的應(yīng)用與發(fā)展方向
a、應(yīng)用科學(xué) b、發(fā)展方向
一、氣體傳感器的概述:
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！氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學(xué)。 “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、紅外線氣體傳感器等。
二、氣體傳感器的特性：
1 主要特性
1.1 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% .
1.2 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-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性 .
1.3 選擇性 選擇性也被稱為交叉靈敏度�？梢酝ㄟ^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.
1.4 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)。
三、如何選擇氣體傳感器
1、根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境
根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。 要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)�，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。
通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的于擾信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
3、響應(yīng)特性 （反應(yīng)時(shí)間）
傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn) (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。
四、氣體傳感器的分類：
1. 半導(dǎo)體式氣體傳感器
2. 固體電解質(zhì)式氣體傳感器
3. 接觸燃燒式氣體傳感器
4. 電化學(xué)式氣體傳感器
5. 光學(xué)氣體式氣體傳感器
6. 高分子式氣體傳感器
7. 集成復(fù)合式氣體傳感器
五、氣體傳感器類別課題重點(diǎn)分析：
a、電化學(xué)式氣體傳感器
1）恒電位電解式傳感器:
是將被測(cè)氣體在特定電場(chǎng)下電離，由流經(jīng)的電解電流測(cè)出氣體濃度，這種傳感器靈敏度高，改變電位可選擇的檢洌氣體，對(duì)毒性氣體檢測(cè)有重要作用。
2)原電池式氣體傳感器:
在KOH電解質(zhì)溶液中，pt —Pb或Ag —Pb 電極構(gòu)成電池，已成功用于檢測(cè)O2，其靈敏度高，缺點(diǎn)是透水逸散吸潮，電極易中毒。
b、光學(xué)氣體傳感囂
1）直接吸收式氣體傳感器：
紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學(xué)氣體傳感器，是根據(jù)氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測(cè)氣體成分，非分散紅外吸收光譜對(duì)SO2、CO、C O2、NO等氣體具有較高的靈敏度。 另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關(guān)分光、二次導(dǎo)數(shù)、自調(diào)制光吸收法對(duì)NO、N O2 SO2、C H( CH4) 等氣體具有較高的靈敏度。
2）光反應(yīng)氣體傳感器 ：
光反應(yīng)氣體傳感器是利用氣體反應(yīng)產(chǎn)生色變引起光強(qiáng)度吸收等光學(xué)特性改變，傳感元件是理想的，但是氣體光感變化受到限制，傳感器的自由度小。
3）氣體光學(xué)特性的新傳感器：
光導(dǎo)纖維溫度傳感器為這種類型，在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應(yīng)、發(fā)熱。溫度改變，導(dǎo)致光纖溫度改變。利用光纖測(cè)溫已達(dá)到實(shí)用化程度，檢測(cè)氣體也是成功的。 此外，利用其它物理量變化測(cè)量氣體成分的傳感器在不斷開發(fā)，如聲表面波傳感器檢測(cè)SO2、N O2、H2S、NH3、H2 等氣體也有較高的靈敏度。
六、氣體傳感器的應(yīng)用與發(fā)展方向：
a、應(yīng)用學(xué)科：
機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；傳感器（二級(jí)學(xué)科）；氣體及濕度傳感器（三級(jí)學(xué)科）如：一氧化碳傳感器廣泛使用在礦山，汽車，家庭等空氣質(zhì)量安全檢測(cè)的地方等。
b、發(fā)展方向：
主要措施是在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氣敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中摻雜一些元素，其次是研制和開發(fā)復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料和高分子氣敏材料，使這些材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。
應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)，對(duì)氣體傳感器的機(jī)理做進(jìn)一步研究，使傳感器更加微型化和多功能化，并具有性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。
進(jìn)一步采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣體傳感器的智能化。氣體傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)智能氣體傳感器——電子鼻。國(guó)內(nèi)外已成功開發(fā)鑒別和檢測(cè)食品、香料等的電子鼻。研制開發(fā)新型仿生氣體傳感器-仿生電子鼻是未來氣體傳感器發(fā)展的主要方向。
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