接触燃烧式气体传感器原理
气敏传感器及其工作原理
气敏传感器及其工作原理指导老师：雷家珩汇报者：周华汇报时间：2011.11.2目录•气敏传感器定义•气敏传感器分类•气敏传感器工作原理•气敏传感器的应用•气敏传感器研究现状与发展趋势•参考文献1 气敏传感器定义气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
2 气敏传感器分类半导体式气敏传感器气敏传感器绝缘体气敏传感器电化学气敏传感器光干涉式气敏传感器热传导式气敏传感器红外线吸收散式气敏传感器电阻型非电阻型接触燃烧式型电容式恒电位电解式伽伐尼电池式3 气敏传感器工作原理3.1 半导体气敏传感器工作原理●半导体气敏传感器(见图1,2)由气敏部分、加热丝及防爆网等构成,它是在气敏部分的SnO2、Fe2O2、ZnO2等金属氧化物中添加Pt、Pd等敏化剂的传感器。
●半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时,产生的电导率等物性变化来检测气体。
半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附) ,失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。
这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。
具有负离子吸附倾向的气体有O2和NOx,称为氧化型气体或电子接收性气体。
如果器件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。
具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。
图1 半导体气敏传感器结构图图2 半导体气敏传感器的符号表示●当氧化型气体吸附到N型半导体上,还原型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻增大。
气体传感器的工作原理
气体传感器的工作原理
气体传感器是一种用于检测环境中气体浓度的装置。
它的工作原理基于气体分子与传感器之间的相互作用。
常见的气体传感器工作原理可以分为以下几种：
1. 电化学传感器：通过电化学反应来检测气体浓度。
传感器通常由电极、电解质和气体检测膜组成。
当气体分子与检测膜接触时，会发生氧化还原反应，产生电流或电压变化，进而测量气体浓度。
2. 半导体传感器：利用气体分子与半导体表面之间的相互作用来检测气体浓度。
传感器中的半导体材料被气体吸附后，会导致电阻变化，通过测量电阻变化来确定气体浓度。
3. 光学传感器：利用气体分子对特定波长的光的吸收特性来检测气体浓度。
传感器通过发射特定波长的光，并测量其经过气体后的吸收程度，从而得到气体浓度信息。
4. 热导传感器：通过测量气体传导热的能力来检测气体浓度。
传感器中的一个热源将热量传递到气体，气体的热导率与浓度相关，通过测量传感器的温度变化来确定气体浓度。
5. 比色传感器：根据气体对特定颜色光的吸收程度来检测气体浓度。
传感器通过发射特定颜色的光，并测量其经过气体后的光强度变化，来推断气体浓度。
值得注意的是，不同的气体传感器工作原理可能存在差异，具体的应用还需根据传感器类型和检测气体的特性进行选择。
气体传感器原理
气体传感器原理气体传感器是一种用于检测和测量环境中气体浓度的设备。
它广泛应用于工业生产、环境监测、生命科学等领域。
本文将介绍气体传感器的工作原理以及常见的气体传感技术。
一、气体传感器工作原理气体传感器的基本工作原理是通过感知环境中气体浓度的变化，并将其转化为电信号进行测量和分析。
1. 变化感知气体传感器通常使用特定的材料或化学物质，这些材料与目标气体发生化学反应或吸附。
当目标气体浓度发生变化时，传感器材料的性质也会发生变化。
例如，对于氧气传感器，它使用了氧离子导体，当氧气浓度增加时，氧离子浓度也会增加，导致电阻值发生变化。
2. 信号转化气体传感器将感知到的变化信号转化为电信号。
根据不同的传感技术，信号转化的方式也各不相同。
常见的信号转化方式包括电容变化、电阻变化、电荷转移和化学反应等。
3. 信号测量转化后的电信号可以由电路进行测量和分析。
通过将电阻、电容等物理量与气体浓度相关联，可以得到准确的浓度测量结果。
通常，在气体传感器中还会加入温度和湿度的补偿电路，以确保测量结果的准确性。
二、常见的气体传感技术1. 热导型传感器热导型传感器利用气体导热性的差异来测量气体浓度。
它包含一个加热元件和几个温度传感器。
当气体进入传感器时，不同气体的导热性会导致温度传感器的输出信号发生变化，通过测量温度差异可以确定气体浓度。
2. 电化学传感器电化学传感器基于气体与电极表面发生化学反应的原理。
它通常包含一个工作电极、一个参比电极和一个计数电极。
当特定气体与工作电极发生反应时，会产生电流或电压变化，通过测量这些变化可以确定气体浓度。
3. 光学传感器光学传感器利用特定波长的光与气体发生吸收或散射的原理来测量气体浓度。
传感器通过发射特定波长的光源并测量光的强度变化，通过比较原始光信号和经过气体吸收或散射后的光信号，可以得出气体浓度的结果。
4. 表面声波传感器表面声波传感器利用声波在材料表面的传播速度和衰减程度与气体浓度的关系来测量气体浓度。
气体传感器原理
气体传感器原理
气体传感器原理是通过感知目标气体分子的存在与浓度变化，并将其转化为相应的电信号输出。
气体传感器中常用的原理包括电化学原理、光学原理、热学原理、半导体原理等。
其中，电化学原理是利用气体与电极之间的化学反应产生电流的变化来检测目标气体的存在与浓度。
此类传感器通常由感受层、电极和电解质组成。
感受层会吸收气体，并引发与电极和电解质之间的反应，使得电流产生变化。
光学原理则是利用气体分子对光的吸收、散射或发射特性来测量气体浓度。
例如，红外吸收光谱技术可通过检测气体分子对特定波长红外光的吸收程度来确定气体浓度。
热学原理是通过测量气体感受层的温度变化来判断气体浓度。
当目标气体与感受层接触时，其热导率会发生变化，从而导致感受层的温度发生变化，进而被传感器测量。
半导体原理是利用气体分子与半导体材料之间的相互作用来检测气体存在与浓度变化。
当目标气体与半导体表面接触时，会发生电子转移，导致半导体材料的电阻发生变化。
测量这种电阻变化可以推测气体的浓度。
以上是一些常见的气体传感器原理，每种原理具有不同的优势和适用范围，可根据具体需求选择合适的气体传感器。
催化燃烧式传感器原理
催化燃烧式传感器原理催化燃烧式传感器是一种常用的气体检测传感器，可用于监测空气中的各种有害气体。
其原理是通过在传感器表面上镀有一层催化剂，使得待测气体在催化剂的作用下发生氧化反应，产生热量。
通过测量催化剂表面的温度变化，可以间接判断待测气体的浓度。
催化燃烧式传感器由催化剂层、加热元件和温度传感器组成。
催化剂层通常由铂、铑、钯等贵金属制成，这些金属对很多有害气体都具有良好的催化作用。
加热元件通常是一根纳米材料制成的细丝，通过通电加热，使得传感器表面的温度保持在催化剂的活性温度范围内。
温度传感器则用于测量催化剂层表面的温度。
当待测气体进入传感器时，其与催化剂发生氧化反应，产生热量。
这些反应的特点是燃烧速度与气体浓度成正比。
由于传感器表面的加热元件保持在活性温度范围内，待测气体与催化剂接触后会开始燃烧，进而造成传感器表面温度的升高。
这时，温度传感器会测量到传感器表面温度的变化。
根据燃烧速度与气体浓度的关系，可以通过测量到的温度变化推断待测气体的浓度。
催化燃烧式传感器的优点是简单可靠，并且对多种有害气体都有较好的响应。
它广泛应用于供暖系统、工业过程监测、环境监测等领域。
然而，催化燃烧式传感器也存在一些局限性。
首先，传感器的响应速度较慢，需要一定时间才能达到稳定状态。
其次，由于催化剂活性的影响，传感器对某些气体的响应不够灵敏。
此外，催化燃烧式传感器对氧气浓度的变化也非常敏感，因此要求测量环境中氧气浓度保持稳定。
总之，催化燃烧式传感器通过催化剂的作用使待测气体发生氧化反应，通过测量催化剂表面温度的变化间接推断气体浓度。
该传感器具有简单可靠、对多种有害气体响应良好的特点，广泛应用于气体检测领域。
然而，它的响应速度较慢，对氧气浓度较为敏感，且对某些气体的响应不够灵敏。
触媒燃烧式气体侦测器原理
触媒燃烧式气体侦测器原理触媒燃烧式触媒燃烧式传感器是目前可燃性气体检测仪最广泛使用的传感器元件。
接触可燃式制作工艺大致介绍如下：用Φ约0.05mm 的铂金丝，绕成螺旋状，并切成相同的一小段,在铂金旋圈外分多次涂上氧化铝载体，做成白色多孔元件,取其中一个作为补偿元件(该元件不能与可燃性气体进行接触燃烧)。
另一个在载体上面涂以含铂、钯的溶液，使元件表面形成触媒体，这种元件叫检测元件，也叫黑元件。
当含氧气的可燃性气体接触到检测元件表面时，能产生接触燃烧反应。
由于检测元件表面涂铂、钯触媒，气体在其表面燃烧温度可以很低。
由补偿元件和检测元件组成惠斯登电桥电路。
电路通以稳定的电流给元件加热。
在无可燃气体的情况下，电桥是平衡的电流输出，当检测元件接触到含氧可燃气体时，在元件表面进行接触燃烧反应。
这种反应热使检测元件的温度上升，电阻增大，而补偿元件的表面因没有涂催化剂，元件对可燃性气体是惰性的，不产生燃烧反应，元件电阻仍保持恒定。
检测元件燃烧反应电阻变化与可燃性气体浓度在一定范围内是成正比关系的，也就是电桥电路因检测元件电阻变化而输出电流也变化，其输出电流与可燃性气体浓度成比例关系，我们利用这个原理就可检测可燃性气体的浓度。
优秀的可燃性催化燃烧气体检测元件因是采用多层被膜触媒方式制造，具有良好的长期稳定性，同时功率特性（适用于固定式，便携式各种型号的仪器元件是不同的，特别是用于便携式仪器元件消耗功率小等特点）、精度高、反应特性良好、元件寿命长。
当触媒燃烧式监测器处于开机之状态时，由于电流的供应，使得感测组件及温度补偿组件被加热至400℃左右的高温，当周围空气中含有可燃性气体时，感测组件由于涂覆有触媒催化剂，可燃性气体在触媒之催化下，可以在较低的温度下(约400℃)便进行氧化反应，并释出热量，此能量造成白金线圈之温度上升，此时电阻亦随之升高，所以量出感测组件与温度补偿组件间之电位差即可得知气体浓度，由于电压大小与感测之浓度成正比，藉此可作为气体感测之感应讯号。
气体传感器工作原理
气体传感器工作原理
气体传感器是一种用来检测和测量空气中特定气体浓度的装置。
它的工作原理基于气体分子的相互作用和电信号的测量。
气体传感器通常由两个主要部分组成：传感器元件和信号转换器。
传感器元件是用来感知气体的存在和浓度变化的，而信号转换器则将传感器元件感知到的信号转换为可以读取和分析的电信号。
不同类型的气体传感器使用不同的工作原理，但其中最常见的几种工作原理如下：
1. 电化学传感器：这种传感器基于气体分子与电极表面的相互作用。
当目标气体分子接触到电极表面时，会引起电化学反应，并产生电流或电压变化。
这种电流或电压的变化可以被测量和记录下来，从而确定气体的浓度。
2. 光学传感器：这种传感器使用光学原理来检测气体浓度的变化。
它通过射入特定波长的光束进入检测区域，并测量光束经过气体后的吸收或散射程度。
当目标气体存在时，它会对光束产生特定的影响，从而可以测量出气体的浓度。
3. 热导传感器：这种传感器通过测量气体对热量的传导进行测量。
当气体存在时，它会吸收掉传感器元件产生的热量，导致温度变化。
传感器会测量温度变化的程度，并将其转换为对应的电信号来表示气体浓度。
这些仅仅是几种常见的气体传感器工作原理，实际上还有许多其他类型的气体传感器，如红外传感器、表面声波传感器等。
根据不同的应用需求，选择适合的气体传感器工作原理才能更准确地测量目标气体的浓度和变化。
催化燃烧式传感器工作原理
催化燃烧式传感器工作原理催化燃烧式传感器工作原理催化燃烧式传感器属于高温传感器，催化元件的检测元件是在铂丝线圈（φ0.025~φ0.05）上包以氧化铝和粘合剂形成球状，经烧结而成，其外表面敷有铂、钯等稀有金属的催化层，其结构如图所示对铂丝通以电流，使检测元件保持高温（300~400℃），此时若与可燃气体接触如甲烷气体，甲烷就会在催化剂层上燃烧，燃烧的实质是元件表面吸附的甲烷与吸附的氧离子之间的反应，反应完成后生成CO2和H2O解析，而气相中的氧由被元件吸附并解离，重新补充元件表面上的氧离子。
利用元件测量甲烷式基于在其表面测量甲烷燃烧反应放出的热量的原理，即燃烧使铂丝线圈的温度升高，线圈的电阻值就上升。
测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的浓度。
在实际应用中常采用惠斯顿电桥测量电路，如图所示。
电桥中黑元件既是检测元件，白元件为补偿元件，白元件与黑元件相比只缺少催化剂层，也就是说白元件遇到可燃气体不能燃烧，。
有一些厂家将黑白元件封装在一个防爆网内，也有一些厂家分别封装。
当空气中有一定浓度的可燃气体时，检测元件由于燃烧而电阻值上升，电桥失去平衡，由电压输出，起到检测作用。
可燃物在催化剂作用下燃烧。
与直接燃烧相比，催化燃烧温度较低，燃烧比较完全。
催化燃烧所用的催化剂为具有大比表面的贵金属和金属氧化物多组分物质。
例如家用负载Pd或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中CO含量，提高热效率。
负载0.2%pt的氧化铝催化剂，在500℃下，可将大多数有机化合物燃烧，脱臭净化到化学位移σ=1以下。
催化燃烧为无焰燃烧，因此适用于安全性要求高的场合，如以H2和O2为原料的燃料电池、用汽油或酒精为原料的怀炉(催化剂为浸Pt石棉)等。
如消除化工厂NOx的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃烧使NOx转化为N2气。
采用适当的催化剂，使用有害气体中的可燃物质在较低的温度下分解、氧化的燃烧方法。
气体探测器的传感器采用催化燃烧的方式检测气体，称为催化燃烧式传感器。
气敏传感器原理
气敏传感器种类有半导体气敏元件（电阻型、非电阻型）、固体电解质气敏元件、接触燃烧式、电化学式等其他类型。
电阻型半导体气敏材料的导电机理：半导体气敏传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。
当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解而化学吸附在吸附处。
当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力（气体的吸附和渗透特性），则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。
例如氧气等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体或电子接受性气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。
具有正离子吸附倾向的气体有氢气、一氧化碳、碳氢化合物和醇类，它们被称为还原性气体或电子供给性气体。
当氧化型气体吸附到N型半导体，还原型气体吸附到P型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻增大。
当还原型气体吸附到N型半导体上，氧化型气体吸附到P型半导体上时，则载流子增多，使半导体电阻下降。
由于空气中的含氧量大体上是恒定的，因此氧化的吸附量也是恒定的，器件阻值也相对固定。
若气体浓度发生变化，其阻值也会变化。
根据这一特性，可以从阻值的变化得知吸附气体的种类和浓度。
半导体气敏时间（响应时间）一般不超过1min。
N型材料有SnO2,ZnO,TiO等，P型材料有MoO2,CrO3等。
气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体等三部分组成。
气敏元件从制造工艺来分有烧结型、薄膜型和厚膜型三类。
加热器的作用是将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，提高其灵敏度和响应速度。
加热器的温度一般控制在200℃~400℃左右。
在气敏材料SnO2中添加铂（Pt）或钯（Pd）等作为催化剂，可以提高其灵敏度和对气体的选择性。
添加剂的含量和成分，元件的烧结温度和工作温度都将影响元件的选择性。
气敏电阻的工作原理及其特性
气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻的工作原理及其特性一、气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。
人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。
常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。
半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；半导体气敏元件有N型和P型之分。
N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。
象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。
当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。
可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。
这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。
目前国产的气敏元件有2种。
一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；另一种是旁热式，这种气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。
气体传感器工作原理
气体传感器工作原理
气体传感器是一种用于检测环境中存在的气体浓度的装置。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 气体采样：传感器通常会通过一个进气口或孔隙来采集待检测的气体样本。
采样的方式可以是主动式，如泵送气体进入传感器；也可以是被动式，如自然扩散进入传感器。
2. 气体与传感元件的相互作用：采样到的气体样本与传感元件发生相互作用。
传感元件通常会具有特定的化学反应能力，它们能够与待检测气体中的某种成分发生化学反应或吸附。
3. 电信号输出：传感元件发生化学反应或吸附后，其电特性会发生变化。
这种变化可以通过传感器中的电路进行测量，并被转换成一个电信号。
4. 信号处理与分析：传感器会将电信号传送给信号处理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以获得更可靠的测量结果。
处理后的信号会被传输到后续的数据分析系统中进行进一步的处理和解读。
5. 测量结果显示：最终，传感器会将处理后的测量结果显示给用户。
这可以是一个数值显示，例如显示浓度数值；也可以是一个警报信号，表明待检测气体超过了设定的安全阈值。
需要注意的是，不同类型的气体传感器可能采用不同的工作原理。
常见的气体传感器包括电化学传感器、光学传感器、热导
率传感器等。
它们的工作原理和具体步骤可能会有所不同，但总体的工作流程与上述描述相似。
气体传感器的工作原理
气体传感器的工作原理一、引言气体传感器作为一种高度敏感的设备，广泛用于环境监测、工业安全和医疗领域等。
它能够检测并测量空气中的各种气体成分，帮助我们了解环境的质量，保障我们的生活和工作安全。
本文将介绍气体传感器的工作原理及其在各个领域中的应用。
二、气体传感器的分类根据气体传感器的工作原理和检测对象，可以将其分类为化学传感器和物理传感器两种类型。
1. 化学传感器化学传感器利用一系列的化学反应来检测气体成分。
其中，最常见的化学传感器是基于半导体气敏材料的传感器。
这种传感器通过气敏材料与气体成分之间的相互作用，发生电学信号的变化，进而实现气体的检测和测量。
半导体气敏材料通常是由金属氧化物组成，例如二氧化锡、二氧化钨等。
当气体分子与氧化物表面发生吸附或化学吸附时，气敏材料的电导率发生变化，从而可以测量气体浓度。
2. 物理传感器物理传感器通过测量气体的物理性质变化来实现对气体成分的检测。
最常见的物理传感器之一是红外传感器。
红外传感器利用气体分子在红外光波长上的吸收特性来判断气体成分。
当红外光通过气体传感器时，吸收特定成分的气体会对光的能量产生吸收，从而造成传感器输出信号的变化，从而实现气体成分的测量。
三、气体传感器的工作原理气体传感器的工作原理基于物理或化学的传感机制。
无论采用了何种类型的传感器，气体传感器的工作原理大致可以分为以下几个步骤：1. 气体进入传感器首先，气体需要进入传感器的探测单元。
探测单元通常包含一个精心设计的空腔结构，用于保证气体流通并与传感材料充分接触。
2. 与传感材料相互作用传感器的探测单元中包含了相应的传感材料，如半导体气敏材料或用于红外吸收的材料。
当气体分子与传感材料接触时，会发生吸附、化学反应或光吸收等相应的物理或化学变化。
3. 产生电学或光学信号当传感材料与气体发生相互作用时，会产生电学或光学信号的变化。
对于化学传感器，这个信号通常是电阻、电压或电流的变化；对于物理传感器，这个信号则是光的吸收强度或通过传感器时的探测器电压的变化。
催化燃烧式传感器工作原理
催化燃烧式传感器工作原理
当可燃气体进入传感器时，它与氧气电极接触。
此时，如果燃烧气体的浓度足够高，将会发生氧化反应。
在氧气电极表面，将发生氧气和可燃气体的反应，产生氧化产物和电子。
这些电子将在气体隔离室中流动，并传递到催化剂电极上。
在催化剂电极上，电子与氧气反应，再次产生氧化产物。
这些氧化产物将随后向外界释放。
传感器的测量原理也涉及了电阻的变化。
当可燃气体与氧气电极产生氧化反应时，电流会在电极之间流动。
由于反应的进行，电流大小及强度将发生变化。
传感器检测到可燃气体存在时，会测量这种电流的变化。
具体来说，它会测量催化剂电极的电阻变化。
这种电阻变化可以通过电压差来表示。
当电阻变化时，电压差也会随之改变。
最后，传感器将通过发送警告或报警信号来告知用户可燃气体浓度的变化。
这可以通过声音、光或电信号实现。
需要注意的是，催化燃烧式传感器对氧气的需求较高。
因此，在使用传感器之前，需确保环境中的氧气浓度足够。
否则，传感器将无法正常工作，无法准确测量可燃气体的浓度。
总之，催化燃烧式传感器的工作原理是通过催化剂对可燃气体的氧化反应进行测量。
传感器将测量电阻和电流的变化，并向用户提供可燃气体浓度的警告和报警信号。
接触燃烧式气体传感器原理
题目传感器作业姓名王磊学号090303122 班级电气094 日期2011/11/1接触燃烧式气体传感器1、检测原理可燃性气体(H2、CO 、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。
一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。
空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。
因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。
但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。
这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。
接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。
图中F1是检测元件；F2是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。
工作时，要求在F1和F2上保持100mA ～200mA 的电流通过，以供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化反应(接触燃烧)所需要的热量。
当检测元件F1与可燃性气体接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧)，释放出热量，使得检测元件的温度上升，电阻值相应增大，桥式电路不再平衡，在A 、B 间产生电位差E 。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-∆+++=)()()(21121210R R R R R R R R E E F F F F F 因为F R ∆很小，可以在分母中省去，并且有2211R R R R F F =则 ()()F F F F F R R R R R R R R E E ∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=12212110 如果令))(/(212110F F R R R R R E k ++=则 F F F R R R k E ∆⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21 这样，在检测元件F1和补偿元件F2的电阻比RF2/RF1接近于1的范围内，A ，B 两点间的电位差E ，近似地与ΔRF 成比例。
气体传感器原理
气体传感器原理分析气体传感器选择及其分类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;根据测量对象与测量环境确定传感器的类型; 要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定;因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法,有线或是非接触测量；传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制;在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标;稳定性：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%;响应特性反应时间：传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好;传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因而频率低的传感器可测信号的频率较低;在动态测量中,应根据信号的特点稳态、瞬态、随机等响应特性,以免产生过大的误差;线性范围：传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围;以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值;传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度;在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求;但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的;当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便;灵敏度的选择通常在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好;因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理;但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度;因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的于扰信号;传感器的灵敏度是有方向性的;当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好;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;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;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;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,N02,02,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;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NASICONNa3Zr2Si2P012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NaSiCON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的由固体电解质和电极Ag-Au制成的传感器等;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;气体传感器的研究进展随着人们生活水平的提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监控以及对食品和人居环境质量的检测都提出了更高的要求,作为感官或信号输入部分之一的气体传感器是必不可少的;气体传感器能够实时对各种气体进行检测和分析,具有灵敏度高,响应时间短等优点；加上微电子、微加工技术和自动化、智能化技术的迅速发展,使得气体传感器体积变小、价格低廉、使用方便,因此它在军事、医学、交通、环保、质检、防伪、家居等领域得到了广泛的应用;但目前市售的气体传感器仍然存在一些问题,如选择性和稳定性较差等;气体传感器各项性能指标的进一步提高、新的气敏材料和新型气体传感器的开发正日益受到重视,世界各国纷纷投巨资进行这一领域的研究;气体传感器的种类很多,分类标准不一,根据传感器的气敏材料以及气敏材料与气体相互作用的机理和效应不同主要可分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学式气体传感器、石英振子式气体传感器、表面声波气体传感器等形式;1 半导体气体传感器半导体气体传感器分为金属氧化物半导体气体传感器和有机半导体气体传感器;金属氧化物半导体气体传感器自上世纪60年代以来,金属氧化物半导体气体传感器就以较高的灵敏度、响应迅速等优点占据气体传感器的半壁江山;最初的气体传感器主要采用SnO2、ZnO为气敏材料,近些年又研究开发了一些新型材料,除了少量单一金属氧化物材料,如WO3、In2O3、TiO2、Al2O3等外,开发的热点主要集中在复合金属氧化物和混合物金属氧化物,如表1所示;金属氧化物半导体传感器又可分为电阻式和非电阻式两种;1.1.1电阻式金属氧化物半导体传感器SnO2、ZnO是电阻式金属氧化物半导体传感器的气敏材料的典型代表,它们兼有吸附和催化双重效应,属于表面控制型,但该类半导体传感器的使用温度较高,大约200～500℃;为了进一步提高它们的灵敏度,降低工作温度,通常向母料中添加一些贵金属如Ag、Au、Pb 等,激活剂及粘接剂Al2O3、SiO2、ZrO2等;例如添加1% ZrO2的ZrO2－SnO2气体传感器对于１×１０－５的Ｈ２Ｓ气体灵敏度与未添加ZrO2的元件相比,灵敏度增加约50倍左右；在SnO2中添加Pb能明显提高响应时间;采用粉末溅射技术制备的表面层掺杂SnO2 /SnO2：Pt双层膜来检测CO的浓度,发现可降低工作温度,在室温至200℃温度范围内均显示出较高的灵敏度;通过添加不同的添加剂还能改善气体传感器的选择性,在ZnO中添加Ag 能提高对可燃性气体的灵敏度,加入V2O5能使其对氟里昂更加敏感,加入Ga2O3能提高对烷烃的灵敏度;Fe2O3系也属于该类气体传感器,用溶胶凝胶法和化学气相沉积法合成纳米级的Fe2O3对CH4、H2、C2H5OH有很好的敏感性；向Fe2O3中加入少量的SO42－及四价金属离子如Sn4+由于抑制其晶粒生长而提高灵敏度;近年来采用薄膜技术和集成电路技术把加热元件、温度传感器、叉指电极、气体敏感膜集成在硅寸底上制成了比常规的多晶膜高的多得的气敏元件,并且结构简单、制作方便,可以根据被测气体选择不同的敏感膜,使得该类传感器成为很有发展前景的新型半导体气体传感器;但气敏元件一般暴露在大气中且加热元件的电压值决定了气敏元件的工作温度,因此如何消除湿度和温度等环境因素对测量的影响还未得到很好的解决;表1近期开发的一些气体传感器敏感材料检测气体敏感材料CH4 Rh－SnO2、CeO2－SnO2CO Au/Co3O4、Cu－ZnO2H2 Sb2O3－SnO2、Bi2O3－SnO2CO2 La2O3－SnO2、CaO－La2O3、Ag－CuO－BaTiO2、Cu－BaSnO2、、Cu－SnTiO3NH3 Au/WO3、C2H5OH Pd－La2O3－SnO2、Pd－La2O3－In2O3H2S ZnO－SnO2、CuO－SnO2、Ag－SnO2、Au－WO3NOX In－TiO2、In2O3、Cd－SnO2、WO3、Ga－ZnO、In,Al－SnO2、Cr2O5－Nb2O5、V/In－SnO2SO2 LiSO4－CaSO4－SiO2PH3 ZnO、SnO2、Sr1-yCayFeO3-xy=,1、Fe2O3系1.1.2非电阻式金属氧化物半导体气体传感器非电阻式金属氧化物半导体气体传感器主要包括MOS场效应管型气体传感器和二极管型气体传感器等;氢气敏Pd栅MOSEFT是最早研制成的催化金属栅场效应气体传感器,当氢气与Pd发生作用时,场效应管的阈值电压将随氢气浓度而变化,以此来检测氢气;这种结构的气体传感器对氢气的灵敏度可达ppm级,而且选择性非常好,但长期稳定性问题目前尚未得到很好解决;此外Pd栅MOSFET场效应管型气体传感器还可以检测一些易分解出氢气的气体,如NH3、H2S等;采用YSZ作MOS场效应晶体管的栅极,Pt作金属栅可制成氧气敏场效应管型气体传感器;等人用带有KI敏感膜的场效应管气体传感器可以很好的实现O3的检测,在20～80ppb浓度范围内有很好的分辨率;将MOSFET的金属栅去掉,采用纳米薄膜作栅制作了微米尺寸、室温工作的OSFET式气体传感器成功实现了对乙醇气体的检测;晶体管型气体传感器的原理是吸附在金属与半导体界面间的气体使得半导体禁带宽度或金属的功函数发生变化,通过半导体整流特性的变化来判断其浓度的大小;在掺锢的硫化镉上蒸发一薄层钯构成钯/硫化镉二极管传感器,可以用来检测氢气;此外钯/氧化钛、钯/氧化锌、铂/氧化钛也可制成二极管敏感元件用于氢气检测;有机半导体气体传感器有机半导体材料由于其易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉,易与微结构传感器相结合, 并且可以根据功能需要进行分子设计和合成等诸多优点越来越受到国内外研究人员的重视;酞菁类聚合物是有机半导体敏感材料的代表,它们所具有的环状结构使得吸附气体分子与有机半导体之间产生电子授受关系;不同的酞菁聚合物可选择如真空升华技术、LB膜技术、旋涂技术和自组织膜技术等制膜技术在检测器件上制得薄膜型气敏元件,还可制得传感器阵列,使其与计算机模式识别技术结合使用;谢丹等人在MOSFET基础上,根据电荷流动电容器原理,以三明治型稀土金属元素镤双酞菁配合物PrPcOC8H1782为气敏材料,取代中间栅极中的间隙位置,利用LB超分子薄膜技术,将PrPcOC8H1782与十八烷醇OA以1：3的比例混合而成的LB多层膜拉制在电荷流动场效应管CFT上,形成一种新型的具有CFT 结构的LB膜NO2气体传感器,室温下检测NO2灵敏度可达5ppm;此外,聚吡咯、蒽、二萘嵌苯、β―胡萝卜素等近年来也被用作有机半导体气敏材料受到人们关注;2固体电解质气体传感器固体电解质指的是依靠离子或质子来实现传导的一类固态物质;固体电解质气体传感器的原理是敏感材料在一定气氛中会产生离子,离子的迁移和传导形成电势差,根据电势差来实现气体浓度大小的测定;由于这种传感器在一定温度下电导率高、灵敏度和选择性好,所以在冶金石化、能源环保和宇航交通等各领域均得到了广泛的应用;ZrO2氧传感器是最具有代表性的固体电解质气体传感器;通常用CaO、MgO、Y2O3稳定的ZrO2做氧离子导体,灵敏度非常高,1000℃ZrO2CaO传感器的测量下限为10―13Pa氧,响应快,可实现跟踪连续检测;该类传感器的特点是气敏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,原理简单;目前固体电解质气体传感器研究的热点主要集中下面两类：一类是气敏材料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；另一类是气敏材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器;这两类原理相对复杂,有些原理至今仍未得到合理解释;将用溶胶凝胶法合成的NASICON与BaCO3―LiCO3辅助相复合电极做成小型CO2固体电解质气体传感器,发现该器件对CO2表现出良好的线性敏感特性、快速的响应恢复和较强的抗干扰能力；以NASICON为固体电解质,采用NaNO2为辅助电极构成的传感器,发现对NO2和NO的敏感性远优于NaNO2；从K2SO4、Na2SO4、Li2SO4、AgSO4到NaSiCON、Na-ββ-Al2O3、Ag-β-Al2O3都被用做SO2气体传感器；固体电解质NH -CaCO3、YST-Au-WO3分别被用做NH3与H2S 气体传感器；本实验室采用单晶、多晶、LaF3CaF2制成H2O、H2、SO2固体电解质传感器,发现灵敏度和选择性都较高;有机固体电解质以易成膜,弹性好,质轻,易形成大面积,且制备简单和原料易得等优点也引起众多研究者的兴趣;常见的有机固体电解质包括聚乙烯氧化物PEO、磷酸氢铀酰、Nafion高分子等,它们常被用做H2和水蒸气固体电解质传感器的氢离子导体质子导电;有机凝胶电解质传感器已用于检测空气中的H2S、PH3等有害气体;3接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器的工作原理是：气敏材料在通电状态下,温度约在300～600℃,当可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,燃烧热进一步使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量电阻变化从而测量气体浓度;该种气体传感器的优点是对气体选择性好,受温度和湿度影响小,响应快,已经被广泛应用在石油化工厂、矿井、浴室和厨房等处;目前实用化的接触燃烧式气体传感器有规模生产的H2、LPG、CH4检测用产品,其次是碳化氢与有机溶剂蒸气检测用产品;但它们对低浓度可燃性气体灵敏度低,敏感元件受催化剂侵害较严重;4光学式气体传感器光学式气体传感器主要以光谱吸收型为主;它的原理是：不同的气体物质由于其分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不同的吸收光谱;这就决定了光谱吸收型气体传感器的选择性、鉴别性和气体浓度的唯一确定性;若能测出这种光谱便可对气体进行定性、定量分析;目前已经开发了流体切换式、流程直接测量式等多种在线红外吸收式气体传感器;在汽车的尾气中,CO、CO2和烃类物质的浓度,以及工业燃烧锅炉中的有害气体SO2、NO2都可采用光谱吸收型气体传感器来检测;光学式气体传感器还包括荧光型、光纤化学材料型等类型;气体分子受激发光照射后处于激发态,在返回基态的过程中发出荧光;由于荧光强度与待测气体的浓度成线性关系,荧光型气体传感器通过测试荧光强度便可测出气体的浓度;光纤化学材料型气体传感器是指在光纤的表面或端面涂一层特殊的化学材料,而该材料与一种或几种气体接触时,引起光纤的耦合度、反射系数、有效折射率等诸多性能参数的变化,这些参数又可以通过强度调制等方法来检测;例如：涂在光纤上的钯膜遇H2时候就会膨胀,气体引起薄膜的膨胀可以通过测量干涉仪的输出光的强度来测得;5石英谐振式气体传感器石英谐振式气敏元件由石英基片、金电极和支架三部分组成;其电极上涂有一层气体敏感膜,当被测气体分子吸附在气体敏感膜上时,敏感膜的质量增加,从而使石英振子的谐振频率降低;谐振频率的变化量与被测气体的浓度成正比;该传感器结构简单、灵敏高,但只能使用在室温下工作的气体敏感膜;选取聚乙烯亚胺PEIpoly ethylene imine作敏感膜,发现该传感器对CO2的气敏特性、选择性都很好,对体积500×10-6的CO2气体测试,其响应时间为5s,恢复时间为2s;酞菁类聚合物也常被用来制成石英谐振式气敏元件;目前已经开发出可测试NH3、SO2、HCl、H2S、醋酸蒸气的石英谐振式气体传感器;6表面声波气体传感器表面声波气体传感器发展的历史很短,可谓是后起之秀;尽管在实用化方面还存在许多问题,但它符合信号系统数字化、集成化、高精度的方向,因此倍受世界上许多国家的高度重视;表面声波传播速度的影响因素很多,例如：环境温度、压力、电磁场、气体性质、固体介质的质量、电导率等;通过选择合适的敏感膜来控制诸多影响因素中的一个因素起主导作用;当质量起主导作用时,表面声波的振荡频率与气体敏感膜的密度成正比；当电导率起主导作用时,表面声波的振荡频率与气体敏感膜的方块电导率成反比;设计时,通常采用双通道延迟线结构来实现对环境温度和压力变化的补偿;目前研究的该类气体传感器大多采用有机膜来做气敏材料,主要有聚异丁烯、氟聚多元醇等,被用来检测苯乙烯和甲苯等有机蒸气；酞菁类聚合物薄膜被用来检测ＮＯ２、ＮＨ３、ＣＯ、ＳＯ２等气体;7气体传感器的发展方向气体传感器的研究涉及面广、难度大,属于多学科交叉的研究内容;要切实提高传感器各方面的性能指标需要多学科、多领域研究工作者的协同合作;气敏材料的开发和根据不同原。
燃烧接触式气敏传感器工作原理
燃烧接触式气敏传感器工作原理
燃烧接触式气敏传感器工作原理解析
简介
•什么是燃烧接触式气敏传感器？
•它在哪些领域得到应用？
工作原理概述
1.气体检测原理
•检测原理：基于燃烧反应
•燃烧产物：CO2，H2O等
•检测气体：可燃气体，如甲烷、丙烷等
2.燃烧接触式传感器结构
•传感器构成：加热元件，探测元件，控制电路等•加热元件：产生燃烧所需温度
•探测元件：检测燃烧产物
详细工作原理解析
1. 加热元件
•加热硅微线
–特点：稳定性高，升温速度快
–作用：提供燃烧所需的高温环境
2. 探测元件
•金属氧化物热电元件
–工作原理：基于氧化物与可燃气体发生氧化反应
–探测原理：可燃气体与氧化物反应产生热电反应
–输出信号：电阻值发生变化
3. 控制电路
•信号放大与处理
–放大电路：将探测元件输出信号放大
–控制电路：对信号进行处理和判别
•报警装置
–触发报警：当探测元件感测到可燃气体时触发
–报警信号：声音、光信号等
应用领域
•工业安全
•家庭安全
•煤气检测等
结论
•燃烧接触式气敏传感器通过燃烧反应来检测可燃气体
•由加热元件和探测元件等构成，通过控制电路处理和判别信号•在工业、家庭安全等领域有着广泛的应用。
气体传感的机理
气体传感的机理
气体传感器是一种能够将气体成分和浓度等信息转换为电信号的装置。
其工作机理基于气体分子与传感器表面之间的相互作用，主要包括以下几种方式：
1. 物理吸附：气体分子在传感器表面上通过物理吸附作用与传感器发生相互作用。
当气体分子吸附到传感器表面时，会引起传感器表面的电阻、电容、质量等物理性质的变化，从而产生电信号。
2. 化学吸附：气体分子与传感器表面的化学活性物质发生化学反应，形成化学键。
这种化学键的形成会导致传感器表面的电阻、电容、质量等物理性质的变化，从而产生电信号。
3. 催化反应：传感器表面的催化剂可以加速气体分子的化学反应速度，从而提高传感器的灵敏度和响应速度。
当气体分子与催化剂发生反应时，会产生热量、电子等物理量的变化，从而产生电信号。
4. 光学传感：利用气体分子对光的吸收、反射、散射等现象来检测气体成分和浓度。
光学传感器通常使用光谱技术，如红外光谱、拉曼光谱等，来分析气体分子的特征吸收峰或散射峰，从而确定气体成分和浓度。
不同类型的气体传感器使用不同的传感机理，其优点和适用范围也不同。
例如，物理吸附型气体传感器通常具有较高的灵敏度和稳定性，但响应速度较慢；化学吸附型气体传感器响应速度较快，但容易受到环境因素的影响；光学传感器通常具有较高的选择性和准确性，但成本较高。
因此，在实际应用中需要根据具体需求选择合适的气体传感器。
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题目传感器作业姓名王磊
学号********* 班级电气094 日期2011/11/1
接触燃烧式气体传感器
1、检测原理
可燃性气体(H2、CO 、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。
一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。
空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。
因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。
但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。
这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。
接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。
图中F1是检测元件；F2是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环
境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。
工作
时，要求在F1和F2上保持100mA ～200mA 的电流
通过，以供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化
反应(接触燃烧)所需要的热量。
当检测元件F1与
可燃性气体接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧)，
释放出热量，使得检测元件的温度上升，电阻值相
应增大，桥式电路不再平衡，在A 、B 间产生电位
差E 。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-∆+++=)()()(21121210R R R R R R R R E E F F F F F 因为F R ∆很小，可以在分母中省去，并且有2211R R R R F F =
则 ()()F F F F F R R R R R R R R E E ∆⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=12212110 如果令))(/(212110F F R R R R R E k ++=
则 F F F R R R k E ∆⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=21 这样，在检测元件F1和补偿元件F2的电阻比RF2/RF1接近于1的范围内，A ，B 两点间的电位差E ，近似地与ΔRF 成比例。
在此，ΔRF 是由于可燃性气体接触燃烧所产生的温度变化(燃烧热)引起的，是与接触燃烧热(可燃性气体氧化反应热)成比例的，即F R ∆可以用下面的公式来表示
C
Q m C R F ραρ
ρ=∆H =∆T =∆ ρ，C 和α的数值与检测元件的材料、形状、结构、表面处理方法等因素有关。
Q 是由可燃性气体的种类决定。
因而，在一定条件下，都是确定的常数。
则
kmb E = )(C
Q m b ρα= 即A 、B 两点间的电位差与可燃性气体的浓度m 成比例。
如果在A 、B 两点间连接电流计或电压计，就可以测得A 、B 间的电位差E ，并由此求得空气中可燃性气体的浓度。
若与相应的电路配合，就能在空气中当可燃性气体达到一定浓度时，自动发出报警信号，其感应特性曲线如
图。
2、结构
用高纯的铂丝,绕制成线圈,为了使
线圈具有适当的阻值(1Ω～2Ω),一般
应绕10圈以上。
在线圈外面涂以氧化铝
或氧化铝和氧化硅组成的膏状涂覆层,
干燥后在一定温度下烧结成球状多孔体。
将烧结后的小球,放在贵金属铂、钯等的盐溶液中,充分浸渍后取出烘干。
然后经过高温热处理,使在氧化铝(氧化铝一氧化硅)载体上形成贵金属触媒层,最后组装成气体敏感元件。
除此之外,也可以将贵金属触媒粉体与氧化铝、氧化硅等载体充分混合后配成膏状,涂覆在铂丝绕成的线圈上,直接烧成后备用。
另外，作为补偿元件的铂线圈,其尺寸、阻值均应与检测元件相同。
并且,也应涂覆氧化铝或者氧化硅载体层,只是无须浸渍贵金属盐溶液或者混入贵金属触媒粉体,形成触媒层而已。
触媒Al O 载体
Pt 丝
元件
(0.8-2)mm
(b)敏感元件外形图
接触燃烧式气敏元件结构示意图
(a)元件的内部示意图
3、应用举例：家用可燃性气体报警电路
该图是设有串联蜂鸣器的应用电
路。
随着环境中可燃性气体浓度的增加，
气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂
鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警
信号。