《浅谈气体传感器》ppt课件

1、浅谈气体传感器浅谈气体传感器 共同理解的主要内容共同理解的主要内容 气体传感器根本知识气体传感器根本知识 传感器的根本概念和分类 半导体气体传感器的原理及应用 催化燃烧式气体传感器原理及应用 电化学气体传感器的原理及应用1. 红外原理传感器根本原理传感器的根本概念传感器的根本概念和分类和分类 传感器的根本概念和分类传感器的根本概念和分类l传感器：传感器是能感受或响应规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成。国家标准这样定义“传感器：能感受规定被测量的并按照一定规律转换成可用输出信号的器件

2、或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。国际电工委员会IEC的定义为：“ 传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。l气体传感器：是将空气中的气体含量转化为电信号的器件。传感器产生的电信号经电子线路处理、放大和转换后，实现气体含量的显示和报警。可见，传感器是气体检测报警仪的根底的、核心部件，它的优劣一定程度上决定了气体检测报警仪的质量和功能指标。 传感器的根本概念和分类传感器的根本概念和分类气体传感器的开展史： 在实际应用中最先被大规模应用的气体传感器是半导体传感器，其次是催化燃烧传感器和电化学传感器，如今红外传感器也开场得到应用。20世纪初第一只半导体传感器诞生于英国

3、，并一直在欧洲开展和应用，直到20世纪50年代半导体气体传感技术才流传到日本，并有日本人把这项技术推进到了顶峰。而欧洲人在发现了半导体传感器的种种缺乏后开场研究其它传感器。气体传感器的理论直到70年代才传入到我们国家，80年代我国才开场研制气体传感器，整个技术主要继承于德国。 传感器分类传感器分类分类 物理类没有发生化学反响 化学类发生了化学反响常用的气体传感器类型常用的气体传感器类型 半导体传感器 催化燃烧传感器 电化学传感器 红外传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器半导体传感器 特点1、灵敏度-很高2、响应恢复时间-快3、选择性-差4、稳定性-较好5、寿命-很长 应用范围1、可燃气体

4、的微量泄漏检测 0-10000ppm2、家用燃气泄露检测3、室内或车内等封闭空间空气质量检测4、工业场所中毒性气体的定性检测 0-100，0-1000ppm金属氧化物半导体传感器金属氧化物半导体传感器 半导体传感器信号输出原理使用原理及本卷须知使用原理及本卷须知 半导体传感器是一个宽带检测装置，它们可以对很多有毒气体和易燃易爆气体响应，这里也包括很难用其它方法检测的卤代烃。这种非选择性在存在未知气体的情况下很有用，此时，检测出有和没有就已经足够了。 另外一个问题是半导体传感器对常见污染物的检测线性范围相对较窄。在线性范围之内，检测结果很准确，而一旦浓度落在线性范围之外，就只能确定“有或无的检测

5、了，此时，它也就无法提供准确的定量测定 。图图5 5 旁热式元件的灵敏度曲旁热式元件的灵敏度曲线线MQ-4S甲烷灵敏度特性00.511.522.533.50123456%volV催化燃烧传感器催化燃烧传感器催化燃烧传感器催化燃烧传感器 特点1、灵敏度-高2、响应恢复时间-较快3、选择性-较好4、稳定性-较好5、寿命-较长 应用范围1、燃气泄露浓度监控0-100%LEL2、煤矿瓦斯浓度监测0-100%LEL3、石油化工或加油站防泄漏监控4、化工厂可燃气或溶剂防泄漏监测 几乎所有现代低本钱的可燃气体探测传感器都是电催化类型的。它们包含一个很小的传感元件，这个传感元件有时被称为“bead珠、“Pel

6、listor或“Siegistor其中后两者已经被注册为商业设备的商品名。它们是用一个电加热的铂金属螺旋线制成，该铂金属螺旋线外覆盖了两层物质，里面一层为陶瓷基料，如氧化铝，外面一层那么是最终外部铂金属涂层或分散在氧化钍底层上的铑催化剂。图图1 1 催化微珠简图催化微珠简图 多孔催化载体铂丝线圈 为在不断变化的环境状态下确保温度稳定性，最好的催化燃烧式传感器使用了热对珠。它们分别位于Wheatstone电桥电路对立的两个支路上，在这两个支路上，其中一个“灵敏的传感器即常所谓s传感器将会与所有存在的可燃气体反响，而另一个平衡的惰性或不灵敏的n-s传感器那么不会。惰性操作可以通过在珠上涂上一薄层玻

7、璃或使催化剂无效而到达，从而使其仅作为任何外部温度或湿度变化的补偿器而作用。 惠斯通电桥原理图惠斯通电桥原理图 催化燃烧传感器响应时间催化燃烧传感器响应时间要符合设计平安的必要要求，应将催化燃烧式传感器安装在一个巩固的金属机壳内，放置在防火器后面。这就允许了气体空气混合物进入机壳内并扩散到热传感器元件上，但却能阻止任何火焰蔓延到外部大气中。防火器会略微降低传感器的响应速度，但是，在大多数情况下，电输出也仅仅不过在探测到气体后几秒钟内就能显示读数。然而，由于响曲线在到达最终读数时非常的平，所以，响应时间一般指定为到达90最终读数的时间，所以，也就是所谓的T90值。催化燃烧式传感器的T90值一般在

8、20到30秒之间 测量易燃易爆气体时氧气浓度是一个必须注意的问题。 催化式传感器要求至少8-10%的氧气才能进展准确测量。而在100%可燃气浓度下，这种仪器的读数将是0%LEL！ 使用原理及本卷须知使用原理及本卷须知 传感器使用的环境会对传感器造成很大的影响。尤其是某些物质可能会对传感器造成中毒或降低性能。 防止过高浓度的可燃气体对传感器进展冲击。传感器中毒或抑制的物质传感器中毒或抑制的物质 中毒 含铅化合物尤其是四乙基铅 含硫化合物 硅类 含磷化合物 抑制 硫化氢 卤代烃某些物质可能会分解催化剂并在催化剂外表形成固态物质，这可能导致传感器灵敏度降低。高浓度含硅化合物会使传感器立即损坏。其他的

9、一些物质会被催化剂吸收或形成新的化合物从而抑制催化反响，这种抑制可能是暂时性的，只要将传感器放在新颖空气中一段时间就会自动恢复，比方卤代烃的影响就是这样。但无论如何，恢复都不可能是完全的，都会对传感器的灵敏度造成很大的影响。另一些物质，比方硫化氢，可能会具有上述两种影响。高浓度会使传感器立即失效，而较低浓度那么对灵敏度有细微的影响。催化传感器本卷须知催化传感器本卷须知 易燃易爆传感器的准确度还会受到高浓度易燃气体混合物的影响，对于测量桥的过分加热会加速催化剂的蒸发，这会使传感器的灵敏度部分或全部降低。过热还会烧毁测量电桥。暴露于氧气缺乏时的更高浓度的易燃易爆气体之中，那么会导致炭黑在烧结外表的

10、沉积，而炭黑的积聚会导致传感器爆裂而损坏电路。 为减少这些损坏的发生，有些仪器会在浓度接近100%LEL时关闭电路，并指示超标和警报 电化学传感器电化学传感器电化学传感器电化学传感器 特点1、灵敏度-高2、响应恢复时间-较慢3、选择性-很好4、稳定性-很好5、线性-好6、寿命-短应用范围应用范围1、工业现场、环境保护等领域微量毒性气体的定量检测。2、工业现场、环境保护等领域氧气气体的定量检测。3、家用毒性气体定量检测。COCO传感器传感器特定气体电化学传感器包括下面几部分：可以渗过气体但不能渗过液体的扩散式隔膜；酸性电解液槽一般为硫酸或磷酸；传感电极；测量电极；参比电极三电极设计；有些传感器还

11、包括一个可以滤除干扰组份的滤膜。使用原理及本卷须知使用原理及本卷须知以CO传感器为例。CO在传感电极上的氧化：CO + H2O CO2 + 2 H+ + 2 e-计数电极通过将空气或水中的氧气复原对此进展平衡1/2 O2 + 2 H+ + 2 e- H2O使用原理及本卷须知使用原理及本卷须知在检测过程中消耗的物质仅仅是CO分子、电能和氧气，这也是非消耗型传感器寿命较长的原因。传感器的寿命同它所测量污染物无关，传感器仅仅是测量的催化剂。在检测过程中传感器没有任何的消耗，它可以通过环境中的氧气和微量水分得到补充。其它气体电化学传感器也同样是这种非消耗型设计，包括：硫化氢、二氧化氮等等。使用原理及本

12、卷须知使用原理及本卷须知 传感器的传感电极上可以催化一些特殊的反响。随传感器不同，不同的待测物质将在电极上发生氧化或者复原反响，并相对于测量电极产生正或负的电位差。使用原理及本卷须知使用原理及本卷须知有些操作环境会限制电化学传感器的使用，比方，一个非消耗型的硫化氢电化学传感器就不能测量没有氧气的天然气管道中的硫化氢浓度。因为此时一旦传感器中的氧气消耗殆尽，测量也就完毕了。而在重新放置在氧气恒定的空气中后，传感器还会恢复正常。红外传感器红外传感器红外传感器红外传感器 特点1、灵敏度-很高2、响应恢复时间-较慢3、选择性-好4、稳定性-很好5、寿命-很长应用范围1、可燃气体的定量检测 0-100%LEL、0-100%VOL2、家庭、工业用浓度监测 ppm级、VOL级3、工业和环境保护等领域可燃气、硫化物、氮氧化物的定量检测根本原理：对2-10m波长范围的红外光，不同异核气体分子由于旋转和振动对不同波长的红外光有特异吸收，当红外光透过被测气体时，检测红外光谱的缺失及光强度的变化可以实现对气体的检测。使用原理及本卷须知红外式传感器可以测量0-100%VOL的易燃易爆气体浓度。这是一个使用红外吸收原理的气