第八章 气体传感器
气体传感器的工作原理及其分类
气体传感器的工作原理及其分类.docx气体传感器不完全分类原理及应用所谓气体传感器是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的仪表。
在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。
在电力工业等生产制造领域，也常用气体传感器定量测量烟气中各组分的浓度，以判断燃烧情况和有害气体的排放量等。
在大气环境监测领域，采用气体传感器判定环境污染状况，更是十分普遍。
气体传感器的分类，从检测气体种类上，常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器；从仪表使用方法上，分为便携式和固定式；从获得气体样品的方式上，分为扩散式（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式（是指通过使用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。
根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）；从分析气体组分上，分为单一式（仅对特定气体进行检测）和复合式（对多种气体成分进行同时检测）；按传感器检测原理，分为热学式、电化学式、磁学式、光学式、半导体式、气相色谱式等。
热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。
热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的，其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛（如H2、CO2、SO2、NH3、Ar等）。
热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸气、酒精乙醚蒸气等。
《气体传感器简介》课件
复合材料
通过组合不同材料的优点 ，实现气体传感器性能的 优化。
智能化与网络化的发展
智能化
通过集成微处理器和算法，实现气体 传感器的自动校准、数据分析和远程 控制等功能。
网络化
将气体传感器接入互联网，实现数据 的实时传输、远程监控和跨区域的数 据共享。
在环保监测领域的应用前景
大气污染监测
用于监测空气中的有害气 体和温室气体，为环境保 护提供数据支持。
详细描述
电化学气体传感器利用气体在电极表面发生的电化学反应来检测气体的浓度。这种传感器通常由至少两个电极组 成，其中一个电极是敏感电极，能够与被测气体发生反应，另一个电极作为参照电极。通过测量电化学反应产生 的电流或电压来计算气体的浓度。
光学气体传感器
总结词
基于不同气体对光的吸收或反射不同的原理进行检测。
详细描述
光学气体传感器利用不同气体对特定波长的光具有不同的吸收或反射特性，通过测量光通过气体时发 生的变化来检测气体的浓度。这种传感器通常由光源、光路和检测器组成，通过测量光强的变化来计 算气体的浓度。
固态电解质气体传感器
总结词
基于气体在固态电解质中的离子传导性 能不同的原理进行检测。
VS
详细描述
工作原理
电化学传感器
利用电化学反应检测气体，通 过测量电流或电压变化来推断
气体浓度。
半导体传感器
利用气敏材料的电阻变化来检 测气体，当气体与敏感材料接 触时，电阻发生变化，从而检 测气体浓度。
红外传感器
利用红外线吸收原理检测气体 ，通过测量气体对红外线的吸 收程度来推断气体浓度。
催化燃烧传感器
利用催化燃烧原理检测气体， 当气体与敏感材料接触时，发 生催化燃烧反应，从而检测气
气体传感器基础知识
气体传感器基本知识传感器是对信息有感受的器件。
按照传感器感知的信息种类分类：传感器分为物理量（物理信息）传感器、化学量（化学信息）传感器、生物量（生物信息）传感器。
物理量传感器包括:力学量，光学量，热学量，电学量传感器。
即力、光、热、电。
力学量中常见:压力，加速度，位移；光学量中常见:可见光，红外，紫外。
热学量中常见:低温，中温，高温。
电学量中常见:电流，电压，电场，电磁等；化学量传感器:成份、浓度。
生物量传感器:血压、血糖、血脂、心率等。
按照传感过程中信息和传感器的作用过程的属性分类：传感器可以分为物理类、化学类、生物类气体传感器是测量气体成分和浓度的化学量传感器。
气体传感器按气体与传感器的作用方式分类:物理类，化学类、生物类。
物理类即传感作用过程是物理过程，即传感作用过程不导致气体化学性质发生变化。
化学类即传感作用过程是化学过程，即传感作用过程导致气体化学性质发生变化。
生物类即传感作用过程是生物过程，即传感作用过程通过生物活动导致气体化学性质发生变化。
常见的物理类气体传感器:热传导、红外吸收，表面声波，QCM 等；化学类:半导体，催化，电化学等;生物类在普通工业、家庭不太常用。
在常见的气体传感器PID严格讲是另类:为物理化学类。
即物理方法导致化学变化。
气体传感器门类众多，一下进介绍几种常见的不同工作原理的气体传感器半导体气体传感器：原理:在一定的温度条件下，被测气体到达半导体敏感材料表面时将与其表面吸附的氧发生化学反应,并导致半导体敏感材料电阻发生变化，其电阻变化率与被测气体浓度呈指数关系，通过测量电阻的变化即可测得气体浓度。
单支半导体气体传感器通过选择性催化、物理或化学分离等方式在已知环境中可以实现对气体的有限识别。
大规模半导体气体传感器阵列可以实现对未知环境中气体种类的精确识别。
半导体顾名思义是电导率介于绝缘体与导体之间的物质。
半导体气体传感器的敏感材料就这么一种物质。
常见的气体敏感材料分为表面控制型和体控制型。
气体传感器的应用原理描述
气体传感器的应用原理描述1. 概述气体传感器是一种常见的用于检测和测量空气中特定气体浓度的设备。
它可以广泛应用于工业控制、环境监测、安全检测等领域。
本文将介绍气体传感器的工作原理和应用。
2. 气体传感器的工作原理气体传感器主要通过感知空气中的目标气体的浓度变化来实现检测和测量。
主要工作原理可以归纳为以下几点：•化学传感原理：某些气体传感器通过利用物理吸附、化学反应或电化学反应来检测目标气体。
例如，电化学气体传感器利用气体与电极表面的反应来产生电信号，从而实现测量。
化学传感原理通常适用于可燃性气体、有毒气体等的检测。
•光学传感原理：光学气体传感器利用气体分子对光的吸收、散射或发射特性来检测气体浓度。
常见的例子是红外气体传感器，根据不同气体对红外光的吸收特性来测量气体浓度。
光学传感原理通常适用于二氧化碳、二氧化硫等气体的检测。
•电气传感原理：电气气体传感器利用气体的电特性变化来检测气体浓度。
例如，热导气体传感器根据目标气体的导热性与环境空气的区别来测量气体浓度。
电气传感原理适用于氧气浓度、温度等的检测。
3. 气体传感器的应用气体传感器在许多领域都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：•工业控制：气体传感器可以用于监测工业生产中的有害气体、可燃气体等，并及时发出报警。
这有助于保证工厂的安全生产。
•环境监测：气体传感器可以用于监测城市空气中的污染物浓度，如二氧化碳、一氧化碳、臭氧等。
这有助于改善城市环境质量和提高居民的生活质量。
•安全检测：气体传感器可以应用于家庭和办公场所的安全检测，如煤气泄漏检测、烟雾检测等。
这有助于减少火灾和爆炸事故的发生。
•医疗健康：气体传感器可以用于监测医疗设备中的氧气浓度，如呼吸机、麻醉设备等。
这有助于确保医疗过程的安全和有效。
•交通运输：气体传感器可以用于监测车辆尾气中的污染物浓度，如氮氧化物、颗粒物等。
这有助于改善交通环境和减少尾气排放对空气质量的影响。
4. 总结本文介绍了气体传感器的工作原理和应用。
气体传感器简介介绍
提高稳定性与寿命
趋势描述
提高气体传感器的稳定性和寿命是持续 追求的目标。稳定性决定了传感器在长 时间使用过程中输出信号的稳定性，而 寿命则关系到传感器的使用成本和维护 成本。
VS
技术挑战
在提高稳定性和寿命方面，需要解决材料 老化、抗干扰能力、自适应校准等技术难 题，以实现传感器在恶劣环境下的长期稳 定运行。
气体传感器简介介绍
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目录
• 气体传感器概述 • 气体传感器的技术特点 • 常见气体传感器类型及其原理 • 气体传感器的应用案例 • 气体传感器的发展趋势与挑战
01
气体传感器概述
定义与工作原理
• 气体传感器是指能感受气体浓度变化并转换成可用输出信号的 传感器。其工作原理通常基于物理或化学效应，如电化学、光 学、热学等。当目标气体与传感器接触时，会引起传感器内部 物理或化学性质的变化，从而产生与气体浓度成比例的电信号 。通过对这个电信号的检测和处理，可以实现气体浓度的测量 。
总之，气体传感器作为 一种将气体浓度转化为 电信号的装置，在各个 领域都发挥着重要作用 。随着科技的不断发展 ，气体传感器的性能将 不断提升，应用领域也 将进一步拓展。
02
气体传感器的技术特点
敏感性
高灵敏度
气体传感器需要具备高灵敏度， 能够检测到极低浓度的目标气体 ，确保对环境中的气体变化做出 准确响应。
气体传感器的应用案例
环境监测中的气体传感器
大气污染监测
气体传感器可用于监测大气中的 有害气体，如二氧化氮、硫化氢 等，以评估空气质量并及时发出
污染警报。
室内空气质量监测
在室内环境中，气体传感器可检 测甲醛、苯等挥发性有机物，保
障人们呼吸健康。
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。
气体传感器的原理与应用
气体传感器的原理与应用
气体传感器是指用来检测某种特定气体浓度的传感器，通常由一个灵敏元件和一个参考电路组成。
气体传感器检测样品中特定气体的浓度，用于监测空气质量、诊断和过程控制等。
气体传感器的原理是将气体浓度作为受激参数，通过使灵敏元件的电阻发生变化，来改变电路的输出信号大小，从而可以获得气体浓度的信息。
灵敏元件的电阻敏感性受到气体浓度的影响，受激得多少就产生多少变化，所以它是直接的气体浓度检测器。
气体传感器的应用非常广泛，主要用于安全报警、环境监测以及工业过程控制等领域。
它可以用来检测各种有毒、易燃、有害气体，比如煤气、天然气、油烟等，以及许多有机气体，例如乙醛、胡椒气等。
它还用于检测CO2和水分等温室气体，以及检测室内空气质量指标，如甲醛、酚、硫化氢等。
由于传感器的功能完善、使用方便、体积小巧且价格低廉，受到了普遍的认可和应用。
气体传感器的设计原理
气体传感器的设计原理气体传感器是通过测量环境中某些特定气体浓度来检测、识别和定量分析气体成分的装置。
它是基于一定物理或化学原理工作的独立系统，可用于室内或室外环境的气体检测、监测和控制。
本文将就气体传感器的开发原理、关键技术和应用举例进行介绍。
一、气体传感器的基本原理气体传感器可分为两类：基于化学反应原理的气敏阻抗式传感器和基于光学、声学等物理原理的传感器。
其中气敏阻抗式传感器是目前主流技术之一，原理如下：1. 感受元件的选择气敏阻抗式传感器是通过感受元件对周围气体的化学反应，使元件的电阻值或阻抗发生变化，从而检测气体浓度的。
感受元件的选择对于传感器的灵敏度、选择性和可靠性等方面都有着至关重要的作用。
常见的感受元件有：金属氧化物（MOX）、半导体、电解质、电化学和催化剂等。
2. 工作原理以MOX感受元件为例，其工作原理如下：当周围气体存在化学物质时，感受元件表面的氧分子会与该化学物质作用，导致电子从感受元件向化学物质转移，形成离子和自由电子。
随着感受元件的电阻值或阻抗的变化，传感器的输出信号也相应变化，从而探测获得环境中气体的浓度。
3. 电路设计气体传感器的控制电路是将感受元件的电阻值或阻抗转换成标准电压或电流输出的重要部分。
电路的设计需要考虑传感器的工作原理、性能指标及输出要求等因素。
通常，控制电路由线性运算放大器、滤波电路、AD变换器、可编程信号处理器等部分构成。
二、气体传感器的关键技术1. 感受元件技术气体传感器的品质和性能直接受到感受元件的影响。
感受元件目前主要有MOX感受元件、半导体感受元件、电化学感受元件和催化剂感受元件等。
不同的元件有不同的特点和应用场景，需要综合考虑。
2. 传感器信号整理技术气体传感器的信号需要进行稳定处理和滤波处理，保证传感器输出的准确性和可读性。
常见的传感器信号整理技术有：前后端信号处理，外界干扰信号处理、工作温度范围控制等。
3. 防尘、防水技术气体传感器通常工作在环境比较恶劣的条件下，因此需要具备防尘、防水等功能。
气体传感器的介绍与应用
气体传感器的介绍与应用1964年，由Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了第一个气敏传感器，1982年英国Warwick大学的Persaud等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构[1]，自此后气体传感器飞速发展，应用于各种场合，比如气体泄漏检测，环境检测等。
现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。
下面简单介绍各种常用的气体传感器的工作原理和一些常用气体传感器的最新的研究进展。
气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。
电阻式半导体气敏元件是根据半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；非电阻式半导体气敏元件则是根据气体的吸附和反应使其某些特性发生变化对气体进行直接或间接的检测。
接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升，这种温度变化可使贵金属电极电导随之变化的原理而设计的。
另外与半导体传感器不同的是，它几乎不受周围环境湿度的影响。
电容式气体传感器则是根据敏感材料吸附气体后其介电常数发生改变导致电容变化的原理而设计。
电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。
电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。
有液体电解质和固体电解质，而液体电解质又分为电位型和电流型。
电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。
红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯—比尔(Lambert－Beer)吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度。
气体传感器设计与实现研究
气体传感器设计与实现研究随着新能源、智能家居、物联网等领域的迅速发展，气体传感器的需求也越来越广泛。
气体传感器主要用于检测空气中的有害或者有益气体，如二氧化碳、甲醛、PM2.5、温度、湿度等参数。
本文将从气体传感器的原理入手，详细介绍气体传感器的设计和实现方法。
一、气体传感器的原理气体传感器是通过敏感材料和特定工艺加工成传感元件，利用材料与气体分子之间的相互作用或者化学反应，将气体浓度转化为电信号输出。
根据传感元件的不同，气体传感器可以分为电化学型、光学型、热敏型、半导体型等。
电化学型气体传感器是最常用的一种类型，主要由工作电极、反应电极和电解质组成。
当气体分子与工作电极表面的敏感材料发生化学反应，会产生一定的电流信号，通过该信号可以测量气体浓度。
光学型气体传感器利用气体分子对特定波长的光吸收或发射的特性来检测气体浓度。
该传感器主要由光源、光学元件和信号处理器组成。
热敏型气体传感器则利用气体与敏感材料的热导率差异产生的温度变化来检测气体浓度。
该传感器主要由加热器、敏感材料和温度检测器组成。
半导体型气体传感器是根据气体分子的吸附、解离或者反应后与敏感材料或者半导体材料电子态的变化来检测气体浓度。
该传感器常用于可燃气体的检测。
二、气体传感器的设计和实现方法气体传感器的设计和实现方法主要包括以下几个方面：1、传感元件的制备传感元件是气体传感器中最关键的部件，其性能的好坏直接影响着传感器的检测能力和灵敏度。
制备传感元件主要有两种方法：一种是在晶片上制备，另一种是在基板上制备。
晶片制备多需要采用微纳加工技术，技术难度较大，但是制备的结果稳定性和性能要好于基板制备。
2、传感电路的设计传感电路是气体传感器中的核心部分，其功能主要包括信号放大、滤波和处理。
传感电路的设计需要根据传感器的工作原理和特点来确定，电路结构也要考虑到系统中功耗、信噪比等因素的影响。
3、校准和测试方法气体传感器的测试方法主要包括两种：一种是使用标准气体进行测量，另一种是使用特定的测试方法，如温湿度循环测试、加速老化测试等。
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常见的传感器设备，通过感知和测量气体环境中某种特定气体的浓度或压力变化，用以对气体进行监测和控制。
它在工业、环境保护、安全监测等领域有着广泛的应用。
本文将对气体传感器的工作原理进行探讨。
一、概述气体传感器主要由传感元件和信号处理电路两部分构成。
传感元件负责感知和测量气体特性参数，而信号处理电路负责将传感元件输出的物理信号转化为电信号，并进行放大、滤波、线性化等处理，最终输出与气体浓度或压力变化相关的电信号。
二、传感元件分类根据气体传感器的工作原理和测量参数不同，传感元件可分为许多类型。
以下是一些常见的传感元件及其工作原理：1. 热导型传感器热导型传感器利用气体的热导性能差异，通过测量传感元件表面温度的变化来判断气体浓度。
当目标气体浓度升高时，传感器表面温度将发生变化，通过测量温度的变化可以推测气体浓度的变化。
2. 电化学传感器电化学传感器利用气体与电化学反应产生的电流或电势变化来测量气体浓度。
传感器内部的电极与目标气体发生反应，产生电化学信号，通过测量电流或电势的变化可以判断气体浓度。
3. 光学传感器光学传感器利用气体对光的吸收、散射或透射特性来测量气体浓度。
传感器通过发射特定波长的光束，测量光束经过气体后光强的变化，从而推断气体浓度。
4. 气敏电阻型传感器气敏电阻型传感器是利用感性气体敏感材料的电阻随气体浓度变化而变化来实现测量的。
当目标气体浓度升高时，感性材料电阻发生变化，通过测量电阻变化可以得知气体浓度。
三、传感器工作原理无论传感元件的类型如何，气体传感器的工作过程大致可分为以下几个步骤：1. 感知和采集传感器首先感知气体环境中目标气体的存在，并采集相关的物理参数。
例如，热导型传感器会感知气体热导率的变化，电化学传感器会感知电流或电势的变化。
2. 转换和放大传感器将感知到的气体参数转换为电信号，并进行放大。
这通常通过传感元件将物理信号转化为电信号，再通过信号处理电路对信号进行放大和调整。
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。
气体传感器综述论文PPT课件
由光学部件和测量电路构成，测量 电路的结构由光学部件及系统功能决定
红外辐射光源
使用广谱光源 光谱覆盖波长 从1μm到15～
20μm
பைடு நூலகம்气室
抽取式测量的红 外仪器需要气室
红外检测器
用于检测通过气 室的红外光能
2.4.3红外线气体传感器的发展
在线红外气体分析器常用的有五种类型：薄膜微音红外气体分 析器，微流量红外气体分析器；气体滤波相关红外气体分析器，半导 体红外气体分析器，傅立叶红外气体分析器。
•优点：这种传感器成本低廉，具有快速、简便等优点。并且适宜于民用 气体检测的需求。 •缺点：这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料，具有灵敏度低、选 择性不好、稳定性较差、且有的电阻大等缺点，同时受环境影响较大； 尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因 此，不宜应用于计量准确要求的场所。
现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气 体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性 能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。
2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理
气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、 绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电 位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡 型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。
因此，随着人们对电化学传感器的进一步研究和深入发展，电化学气 体传感器研究将向如下方向发展：高灵敏度、高稳定性、长使用寿命 、便携式、微型化、智能化。可以断言，电化学传感器的明天必将海 阔天空。
2.6光纤气体传感器
2.6.1光纤气体传感器的背景
光纤气体传感器是80年代后期出现的一种新型传感器。经过二十 多年的发展，它己应用在社会生活的许多方面：工业气体在线监测、 有害气体分析、环境空气质量监测和爆炸气体检测以及对火山喷发气 体的分析[28-32]。工业上的需要和人们对环境的关注使得光纤气体传感 器的发展非常迅速。有资料表明，美国1996年一2002年光纤气体传 感器年均增长率为27%-30%，而我国对光纤传感器的市场需求也很大。
气体传感器原理及应用
气体传感器原理及应用气体传感器是一种用于检测环境中气体浓度的装置，其工作原理是利用敏感材料对气体浓度的变化产生相应的电信号。
气体传感器的原理基本上分为三类：化学传感器、红外传感器和半导体传感器。
化学传感器是利用敏感层与气体发生化学反应，导致电阻、电势、电容等发生变化，从而实现气体浓度的检测。
常见的化学传感器有氧气传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器等。
这种传感器通常具有较高的灵敏度和特异性，适用于工业生产过程中对气体浓度的监测。
红外传感器是利用气体分子对红外光的吸收特性来测定气体浓度。
当特定波长的红外光通过气体样品时，被吸收的光强度与气体浓度成正比。
因此，通过检测透射红外光的强度变化，可以得知气体浓度的变化。
这类传感器常用于检测甲烷、二氧化碳等气体。
半导体传感器是利用气敏材料的电阻、电势随气体浓度变化的特性来实现气体浓度的检测。
当气体与半导体材料接触时，气体分子会影响半导体材料的导电性质，导致电阻、电势等的变化。
这种传感器通常响应速度快、成本低廉，适用于个人生活中的气体检测、汽车废气排放检测等领域。
气体传感器在工业生产、环境监测、个人安全等领域有着广泛的应用。
在工业生产中，气体传感器可用于监测生产过程中有毒气体的浓度，确保工人的安全。
同时，气体传感器也可以用于检测环境中的有害气体浓度，帮助环保部门监控环境污染情况，保护公众健康。
在个人生活中，气体传感器也有着重要的应用。
例如，家用煤气泄漏报警器就是一种利用气体传感器来检测煤气泄漏的装置，一旦检测到煤气泄漏，即会发出警报，提醒人们采取相应措施。
此外，汽车上也常装有气体传感器，用于检测废气中有害气体的排放情况，保护环境。
值得注意的是，气体传感器在应用过程中也存在一些问题需要解决。
例如，传感器的稳定性、响应速度、对多种气体的识别能力等方面需要不断改进。
此外，对于一些特殊情况下的气体浓度检测，传统的气体传感器可能无法满足要求，需要研发定制化的气体传感器。
总的来说，气体传感器作为一种重要的环墋监测装置，具有广泛的应用前景。
《气体传感器》PPT课件
器 件 电 阻 / k
电阻型气体传感器的主要特性参数：
1. 固有电阻R0和工作电阻RS
10 0
2. 灵敏度S S＝ RS / R0
50
3. 响应时间T1
4. 恢复时间T2
5
5. 加热电阻RH和加热功率PH
加 热开 关
电阻型气体传感器优缺点：
1. 成本低、制造简单、灵敏度高、响 应快、寿命长、对湿度敏感低、电 路简单。
结型气敏器件又称气敏二极管，是利用气体改变 二极管的整流特性。
将金属与半导体结合做成整流二 级管，其整流作用来源于金属和半导 体功函数的差异，随着功函数因吸附 气体而变化，其整流作用也随之变化
精选PPT
在常温下选择性地对硅烷 响应，灵敏度高。
8
2.2.1 结型气敏器件
MOS二级管气敏元件
利用MOS二极管的电容-电压特性的变化
在两电极发生如下反应：
()极P ： O2(2), 2O2O24e ()极P ： O2(1), O24e2O2
4e
4e
+-
浓差电池原理
上述反应的电动势用能斯特方程表示：
ERlT n P O 2(1 ) 或 E ＝ 0 .04 Tl9n P O 6 2(1 )
nFP O 2(2 )
P O 2(2 )
应用实例见教材
工作原理：
SnO2和空气中电子亲和性大的气体 发生反应，形成吸附氧束缚晶体中的电
子，使器件处于高阻状态；
与被测气体接触，与吸附氧发生反应;
元件表面电导增加，电阻减小。
提高器件的选择性和灵敏度的措施：参
杂改善前者，设置合适的工作温度、改
进制备工艺可改善后者。
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4
气体传感器 标准-概述说明以及解释
气体传感器标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述气体传感器是一种用于检测和测量环境中各种气体浓度的装置。
随着工业化和城市化的快速发展，环境污染和气体泄漏等问题日益凸显，气体传感器的需求和应用也越来越广泛。
气体传感器的工作原理基于化学反应、光学原理、电化学原理、热学原理等不同的物理机制。
通过接收环境中的气体并与传感器内部的物质相互作用，气体传感器能够将气体浓度转换为电信号输出。
根据测量的气体种类和工作原理的不同，气体传感器可以分为多种类型，包括氧气传感器、氮气传感器、一氧化碳传感器、甲烷传感器等。
这些传感器广泛应用于环境监测、工业安全、生物医疗、智能家居等领域。
在选择和使用气体传感器时，人们通常关注的是传感器的性能指标。
这些指标包括灵敏度、选择性、响应时间、工作温度范围、工作电压等。
根据具体的需求和应用场景，选择合适的气体传感器对于保障测量准确性和提高工作效率至关重要。
因此，制定并遵循气体传感器标准非常重要。
这些标准规定了传感器的性能要求、测试方法、标定程序、工作环境等方面的内容，有助于保证传感器的质量和可靠性，促进气体传感器行业的发展和进步。
本文将对气体传感器的基本原理、分类与应用以及性能指标进行探讨，同时将重点讨论气体传感器标准的重要性、发展与应用，并展望未来气体传感器标准的发展趋势。
通过深入研究和分析，旨在为气体传感器领域的从业人员和相关研究者提供有益的参考和指导。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个子部分。
在概述中，我们将介绍气体传感器的背景和意义。
文章结构部分将概述本文的整体结构，以帮助读者更好地理解文章的内容和安排。
目的部分将明确本文的目标和意图，从而指导读者在阅读过程中对重点内容的关注。
正文部分是本文的核心内容，详细介绍了气体传感器的基本原理、分类与应用以及性能指标。
在2.1小节中，我们将介绍气体传感器的基本原理，包括其工作原理和传感原理。
气体传感器
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，这种传感器将会得到 更广泛的应用和发展
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THANK YOU
医疗诊断：可以用于检测人体呼出的气 体成分，从而辅助医疗诊断
安全监控：可以用于检测可燃性气体、 有毒气体等危险气体，从而保障公共安 全
CHAPTER 5
总结
总结
01.
基于损失模式共振(LMR)效应的平面光波导气体传感器具有高灵敏度、高选择性、快速 响应和稳定性好等优点，可以广泛应用于环境监测、工业过程控制、医疗诊断、安全监 控等领域
CHAPTER 4
基于LMR效应的平面光波导 气体传感器的应用
基于LMR效应的平面光波导气体传感器的应用
基于LMR效应的平面光波导气体传感器可以广泛应用于以下领域
环境监测：可以用于检测空气中的有害 气体，如二氧化碳、甲烷等，以及空气 中的臭氧、二氧化硫等污染气体
工业过程控制：可以用于检测工业生产 过程中的气体成分和浓度，如化工、钢 铁、电力等领域
损失模式共振(LMR)效应是一种特殊的共振效应，其通过在波导层中引入 共振模式，使光在波导层中的传播受到特定的调制。当波导层中的气体分 子吸收或散射光时，这些调制特征会发生变化。通过对这些变化的测量， 可以更准确地确定气体的种类和浓度
CHAPTER 2
基于LMR效应的平面光波导 气体传感器的原理
基于LMR效应的平面光波导气体传感器的原理
在基于LMR效应的平面光波导气体传感器中， 光通过波导层传播，并受到波导层中气体分子 的影响。当气体分子吸收或散射光时，光的强 度和相位会发生变化。这些变化与气体的种类 和浓度有关
LMR效应是通过在波导层中引入共振模式来实 现的。当光传播到波导层的特定位置时，会与 共振模式相互作用，从而产生强烈的调制。当 气体分子吸收或散射光时，这些调制特征会发 生变化。通过对这些变化的测量和分析，可以 确定气体的种类和浓度
气体传感器原理
气体传感器原理
气体传感器原理是通过敏感元件检测气体的化学成分、气压、温度、湿度等参数，并将这些参数转换为电信号，从而进行气体的检测与测量。
一般气体传感器是由敏感层、传感电极和支撑结构组成的。
敏感层是与待测气体直接接触的敏感材料，当气体进入敏感层与敏感材料发生反应时，会造成敏感层表面的形态或电学特性的改变，从而使得传感电极上的电信号发生变化。
通过测量这种信号的变化，就可以判断待测气体的化学成分、浓度、压力等参数。
常见的气体传感器有电化学式气体传感器、红外式气体传感器、半导体式气体传感器、热导式气体传感器等。
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第8章
气体传感器
第8章
8.1 8.2 8.3
气体传感器
概述
气体传感器主要参数与特性
半导体气体传感器 固态电解质气体传感器
8.4
8.5 8.6 8.7
接触燃烧式气体传感器
新型气体传感器 气体传感器的应用
8.1
概述
表 8-1 主要类型的气体传感器
8.2
气体传感器主要参数与特性
灵敏度 响应时间 选择性 稳定性 温度特性 湿度特性 电源电压特性 气体浓度特性 初始稳定、气敏响应和恢复特性
SnO2系气敏元件
烧结型SnO2气敏元件
– a.直热式SnO2气敏元件
（a）直热式结构 （b）符号 图 8-3 直热式气敏器件结构及符号
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– b.旁热式SnO2气敏元件
（a）旁热式结构 （b）符号 图 8-4 旁热式气敏器件结构及符号
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
图 8-22 α—Fe2O3气敏元件对H2、 CO及C2H5OH的灵敏度特性
图 8-23 α—Fe2O3气敏元件 的温度特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
TiO2、Nb2O5氧敏元件
图 8-24 温度补偿原理图
8.3.3
灵敏度特性
体电阻控制型气体传感器
图 8-25 TiO2氧敏元件400℃时电阻（R）与空 气过剩（λ）的关系
图 8-34 MOS二极管的C-V特性
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
Schottky二极管 异质结H2S传感器
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
MOSFET型气敏元件
工作原理
图 8-35 增强型MDSPET结 构示意图
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
8.7
自动换气扇
气体传感器的应用
图 8-55自动换气扇电路原理图
8.7
自动抽油烟机
气体传感器的应用
图 8-56气敏监控电路原理图
8.7
酒精检测报警器
气体传感器的应用
图 8-57 酒精检测报警控制器电 路原理图
8.7
缺氧检测
气体传感器的应用
图 8-58 便携式缺氧监视器电路
Pd—MOSFET氢敏元件
图 8-36 Pd—MOSFET和普 通MOSFET结构 S-源极 G-栅极 D-漏极
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
其他结型气体传感器
氨敏元件 CO气敏元件、 H2S气敏元件 孔栅Pd—MOSFET
图 8-37 “孔栅”MOS结构
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– e.超微粒薄膜SnO2气敏元件
图 8-10 超微粒SnO2薄 膜气敏元件结构
图 8-11 超微粒薄膜SnO2 气敏元件温度特性
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
ZnO系气敏元件
• 1.烧结型ZnO气敏元件
图 8-12 催化剂对ZnO气敏特性的影响
8.3.2
表 8-4
表面电阻控制型气体传感器
催化剂ZnO对灵敏度的影响
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
• 2.薄膜型ZnO气敏元件
图 8-13 ZnO薄膜气敏元件结构示意图
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
• 3.多层式ZnO气敏元件
图 8-14 ZnO铂铱复合型传感器结构图
8.3.2
•
表面电阻控制型气体传感器
8.3.3
静态特性
体电阻控制型气体传感器
图 8-26 电阻、电压与空气过剩率的 静态关系
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
动态响应特性
图 8-27 动态响应特性
8.3.3
其它气敏元件
体电阻控制型气体传感器
多层薄膜气敏传感器 混合厚膜型气敏传感器 复合氧化物气敏传感器
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
8.3 半导体气体传感器
1
电阻型半导体气敏元件 表面电阻控制型气体传感器
2
3 4
体电阻控制型气体传感器
半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器 其它结型气体传感器
6
8.3.1 电阻型半导体气体传感器
图 8-1
n型半导体吸附气体时的器件阻值变化
8.3.2
工作原理 结构形式
•
表面电阻控制型气体传感器
”
图 8-38 PdO-Pd双层“孔栅 结构剖面
8.4 固态电解质气体传感器
浓差电池式ZrO2氧传感器
构及原理图
8.4 固态电解质气体传感器
图 8-41 E-PR曲线
8.4 固态电解质气体传感器
实用浓差电池ZrO2氧传感器
图 8-42 浓差电池ZrO2 氧传感器的结构
图 8-51 热导率气敏元件测量 电路原理图
8.6 新型气体传感器
气敏半导体材料吸附机理及器件
图 8-52 SAW气敏传感器原理
8.6 新型气体传感器
气一磁传感器
图 8-53 气-磁传感器结构图
8.7
气体传感器的应用
家用煤气、液化石油气泄漏报警器
图 8-54 家用煤气、液化石油气 报警器电路
气敏二极管
金属／半导体结型二极管传感器
• Pd—TiO2结型气敏传感器
图 8-30 Pd/TiO2结型气敏传感器
图 8-31 Pd/TiO2结型气敏传 感器电压电流曲线（25℃ ）
8.3.4 半导体气敏二极管和MOSFET气体传感器
MOS二极管气敏元件
图 8-33 Pd-MOS二极管敏感元件
– c.厚膜型SnO2气敏元件
图 8-5 厚膜型SnO2气敏元件结构示意图
图 8-6 SnO2厚膜气敏传感器特性
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
– d.薄膜型SnO2气敏元件
图 8-7 薄膜气敏传感器 结构
图8-8 SnO2薄膜气敏传 感器的灵敏度特性图
图 8-9 SnO2薄膜气敏传 感器对CO和 C2H5OH的灵敏度特 性
图 8-43 浓差电池ZrO2氧传感 器的输出特性
8.4 固态电解质气体传感器
极限电流式ZrO2氧传感器
图 8-44 极限电流式ZrO2氧传感器原理图与特性
8.4 固态电解质气体传感器
图 8-45 极限电流与外电压关系曲线
8.4 固态电解质气体传感器
SO2传感器
图 8-46 SO2气敏传感器
8.5 接触燃烧式气体传感器
检测原理与结构
图 8-47 接触燃烧式气敏传感器
8.5 接触燃烧式气体传感器
气敏特性
图 8-48 接触燃烧式气敏元件的感应特性
8.6 新型气体传感器
红外吸收式传感器
图 8-49
红外气体传感器
8.6 新型气体传感器
热导率变化式气体传感器
图 8-50 热导式半导体气敏元件
其它半导体氧化物气敏元件
WO3系气敏元件
图 8-15 元件的灵敏度随 H2S浓度的变化
图 8-16 WO3的气敏 特性随环境温度的 变化
8.3.2
表面电阻控制型气体传感器
图 8-17 几种元件对H2S(10×10-6)的响应恢复特性
• 非晶态SiO2
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
氧化铁系气敏元件
γ—Fe2O3气敏元件
图 8-18 γ—Fe2O3气敏传感器
图 8-19 γ—Fe2O3气敏传感器的 响应特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器
α—Fe2O3气敏元件
图 8-20 α—Fe2O3气敏元件
图 8-21 α—Fe2O3气敏元件对 烷类气体的灵敏度特性
8.3.3
体电阻控制型气体传感器