氣體探測

工業以及民用領域最常接觸的是爆炸下限探測和高靈敏度探測。

檢測可燃氣體爆炸下限的傳感器一般有以下幾種：

1.半導體式傳感器：

利用半導體與氣體接觸時電阻或功函數發生變化這一特性檢測氣體。氣體傳感器分為電阻式與非電阻式兩種。

電阻式採用SnO2、ZnO等金屬氧化物材料製備,有多孔燒結件、厚膜、薄膜等形式。根據半導體與氣體的相互作用是發生在表面還是體內，又分為表面控制型與體控制型。

表面控制型電阻式傳感器包括SnO2系傳感器、ZnO系傳感器、其他金屬氧化物(WO3、V2O5、CdO、Cr2O3等)材料的傳感器和採用有機半導體材料的傳感器。體控制型電阻式傳感器包括Fe2O3系傳感器、ABO3型傳感器和燃燒控制用傳感器。這類傳感器可檢測甲烷、丙烷、氫、一氧化碳等還原性氣體，氧、二氧化氮等氧化性氣體，具有強吸附力的胺類和水蒸汽等。

非電阻式氣體傳感器利用氣體吸附和反應時引起的功函數變化來檢測氣體。它可分為金屬－半導體結二極管型傳感器（利用金屬與半導體界面上吸附氣體時，二極管整流特性的變化）、MOS二極管型傳感器（採用MOS結構，通過C-V特性的漂移檢測氣體）和MOS FET型傳感器（通過MOS FET的閾值電壓變化檢測氣體）。

優點在於其靈敏度高，並且靈敏度隨時間變化規律是逐漸升高，缺點在於一致性差、線形差。

2.催化燃燒式傳感器：

催化燃燒式氣體傳感器利用其氧化燃燒特性檢測空氣中可燃氣含量，是可燃氣體專用傳感器。由於它的性能好、成本低，是當前國內外使用最多的可燃氣傳感器。

催化燃燒式氣體傳感器的優點：

① 對所有可燃氣體的響應有廣譜性，在空氣中對可燃氣體爆炸下限濃度（%LEL）以下的含量，其輸出信號接近線性

② 對非可燃氣體沒有反應，只對可燃氣有反應，無干擾；

③ 傳感器結構簡單、成本低；

④不受水蒸氣影響，對環境的温濕度影響不敏感，適於野外使用。

催化燃燒式氣體傳感器的缺點：

① 工作温度高，一般元件表面温度200℃～300℃

② 工作電流較大，國內產品100mA，國外產品200 mA ～300 mA

③ 元件易受硫化物、鹵素化合物等中毒影響，降低使用壽命；

④ 在缺氧環境下檢測指示值誤差較大。

3.電化學式傳感器：

電化學傳感器通過與被測氣體發生反應併產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，並由一個薄電解層隔開。

氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發生反應，然後是憎水屏障，最終到達電極表面。採用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質漏出傳感器。穿過屏障擴散的氣體與傳感電極發生反應，傳感電極可以採用氧化機理或還原機理。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進行催化。

通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由於該過程中會產生電流，電化學傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。

優點：線性好、選擇性好、功耗低

缺點：壽命短、價格高、易損壞

4.紅外線式傳感器：

紅外線傳感器包括光學系統、檢測元件和轉換電路。

光學系統按結構不同可分為透射式和反射式兩類。

檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。

熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時温度升高，電阻發生變化，通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料製成。