什么是气体传感器？有哪些？工作原理介绍

随着技术的进步，当前气体传感器已在工业制造、医疗诊断、国防、环保等众多应用领域发挥着至关重要的作用。那么，什么是气体传感器?分类有哪些?工作原理是怎样的?本文将具体介绍。

1.气体传感器

气体传感器指能够感应到气体并且可以将其转化为信号进行输出的装置。一般而言，探测到被测气体后，传感器会将其浓度或者含量根据一定的关系规律，转化成为可输出的电(或光等)信号。我们通过对这些转化过来的信号进行分析，可以得到被测气体在环境氛围中存在的相关信息，以此实现对被测气体的监测、诊断、报警、分析等等。

2.气体传感器分类

气体传感器多种多样，但是它没有统一的分类标准。国内外学者广泛认同的是根据传感器的敏感机理分成两大种类，分别是物理效应气体传感器和化学效应气体传感器。另一种较为广泛接受的分类方式是根据工作或传感机制将传感器分为五大类：电化学式气体传感器、接触燃烧式气体感器、光学式气体传感器、质量敏感气体传感器以及电阻式气体传感器。

(1)半导体气体传感器。利用气体在半导体表面发生氧化还原反应从而导致敏感元件组织会发生变化而制成。例如以ZnO、Sn02等为基础，制作出的针对氢气、氨气、硫化氢等有毒、有害气体的检测装置。

(2)光学气体传感器。目前应用最广泛的是红外吸收型气体分析仪，它们的作用机理是因为不同气体红外吸收峰的差异性。比如应用于煤矿井中瓦斯气体监测的红外气体传感器。

(3)固体电解质气体传感器。通过使用固体电解质气敏材料来作为气敏元件，当被测气体经过气敏材料时将产生离子，并在材料上形成电动势，因此通过测量电动势可以得知被测气体的浓度。例如应用硫酸盐作为固体电解质来进行S02气体的检测诊断。

(4)接触燃烧式气体传感器。氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体通过气敏材料铂丝时在其表面燃烧，体系温度会上升使得电阻变化，通过检测电阻的变化进而换算成被测气体浓度。

(5)表面声波气体传感器。该种传感器的原理是，在表面声波器件上有镀层薄膜，当被测气体被吸附到上面后，声波的特征频率将会发生偏移，以此来检测气体的浓度或含量。例如选用LiNb03晶片作为基底，并在该基底溅射出铝叉指电极，制成了表面声波传感器对有害气体进行检测。

3.气体传感器工作原理

以下梳理当前常见的气体传感器工作原理：

(1)电化学气体传感器工作原理是利用目标气体在电极处发生化学反应而改变测量电极和参比电极的电势，从而导致传感器输出电压与气体浓度存在某种数学关系，进而实现浓度的测量。电化学式气体传感器又可以分为恒定电位电解式、固体电解质式、电量式和伽伐尼式尼电池式四种类型。恒定电位电解式气体传感器通过电解时以电极和电解质溶液之间的恒定电位来测量气体。

(2)固体电解质气体传感器能够弥补半导体气体传感器在检测某些特殊气体时性能受到氧化还原的电势、材料的种类、电解质影响的缺点，它依靠离子或质子实现传导，当固体电解质接触目标气体时发生反应会产生离子，这些离子电场的作用下定向移动形成电动势，通过测量电动势的大小实现气体浓度的检测。这类传感器的优点是灵敏度高、检出限低、选择性好，被广泛地应用在矿业、能源、环保、交通和航天等诸多领域，成为商业应用领域的第二大类气体传感器。

(3)接触燃烧式气体传感器一般工作温度较高(300~600℃)，其原理是目标气体与加热的金属丝接触发生燃烧，产生的反应热进一步提高了敏感材料(铂丝)的温度并改变其电学特性(电阻，电流和电压)来检测气体。

(4)光学式气体传感器利用不同气体的光学吸收特性或气体与检测物质相互作用而引起的光学现象的变化来实现气体检测，不同气体对光有选择性吸收，其吸收强度与浓度以及光在被测气体中通过的距离存在对应关系，根据朗贝-比尔定律实现气体浓度检测。

以上梳理了气体传感器的定义、种类及工作原理，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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