氣敏傳感器的原理及應(yīng)用

半導(dǎo)體氣體傳感器：

     半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件組織發(fā)生變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，被吸附的分子首先在物體表面自由擴(kuò)散，失去運(yùn)動(dòng)能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解吸附在物體表面。當(dāng)半導(dǎo)體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力，則吸附分子將從器件奪走電子而變成負(fù)離子吸附，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層。

[1]例如氧氣，等具有負(fù)離子吸附傾向的氣體被稱(chēng)為氧化型氣體。

     如果半導(dǎo)體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。具有正離子吸附傾向的氣體有氫氣、一氧化碳等，它們被稱(chēng)為還原性氣體。 　

     當(dāng)氧化型氣體吸附到n型半導(dǎo)體，還原性氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，將使半導(dǎo)體載流子減少，而使電阻增大。當(dāng)還原型氣體吸附到n型半導(dǎo)體上，氧化型氣體吸附到p型半導(dǎo)體上時(shí)，則載流子增多，半導(dǎo)體阻值下降。 　

     非電阻型氣體傳感器也是半導(dǎo)體氣體傳感器之一。它是利用mos二極管的電容-電壓特性的變化以及mos場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓變化等特性而制成的氣體傳感器。由于這類(lèi)傳感器的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩(wěn)定價(jià)格便宜。利用特定材料還可以使傳感器對(duì)某些氣體特別敏感。

催化燃燒式傳感器：
     可燃?xì)怏w報(bào)警器的原理基本上都是催化燃燒式
催化燃燒式氣體傳感器是采用惠斯通電橋原理，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)構(gòu)成測(cè)量電橋，在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無(wú)焰燃燒，載體溫度就升高，通過(guò)它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)后期電路的放大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。

電化學(xué)傳感器：
     電化學(xué)傳感器是兩電極系統(tǒng)。其工作電極和對(duì)電極由一薄層電解液隔開(kāi)并經(jīng)由一個(gè)很小的電阻聯(lián)通外電路。當(dāng)氣體 擴(kuò)散進(jìn)入傳感器后，在敏感電極表面進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流并通過(guò)外電路流經(jīng)兩個(gè)電極。該電流的大小比例于氣體的濃度，可通過(guò)外電路的負(fù)荷電阻予以測(cè)量。
     電化學(xué)氣體傳感器大都是以水溶液作為電解質(zhì)，電解質(zhì)的蒸發(fā)或污染，常會(huì)導(dǎo)致傳感器的信號(hào)下降，使用壽命短;由于在空氣中有被測(cè)物質(zhì)存在，傳感器中的有效成分被消耗，因此傳感器一旦被啟封，就視為參加了使用，即使沒(méi)用于測(cè)量，它的生命也在縮短;電化學(xué)型氣體傳感器的壽命期望值為2年，使用不當(dāng)它的壽命可能更短，而傳感器更換的費(fèi)用較高。因此如何保證其使用壽命，傳感器的正確維護(hù)對(duì)煙氣分析儀的使用尤為重要。    

     電化一般應(yīng)用于硫化氫、甲醛、氯氣等有毒氣體的檢測(cè)！

光離子氣體傳感器（PID）：
     光離子氣體傳感器又稱(chēng)PID氣體傳感器。采用光離子電離氣體的原理制成的光離子氣體傳感器，具有體積小，靈明度高，即插即用，本安型等特點(diǎn)，光離子氣體傳感器在有機(jī)揮發(fā)物（VOCs）等微量氣體的檢測(cè)方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，由于封裝模式完全兼容City Technology - 4P封裝，因此可以非常便捷的集成到手持/臺(tái)式/固定式氣體探測(cè)系統(tǒng)中
     1.光離子氣體傳感器工作原理：   
     光離子氣體傳感器（PID）是采用光離子電離氣體的原理進(jìn)行氣體檢測(cè)的。 具體的說(shuō)，就是使用離子燈產(chǎn)生的紫外光對(duì)目標(biāo)氣體進(jìn)行照射/轟擊，目標(biāo)氣體吸收了足夠的紫外光能量后就會(huì)被電離，通過(guò)檢測(cè)氣體電離后產(chǎn)生的微小電流，即可檢測(cè)出目標(biāo)氣體的濃度。   
     絕大多數(shù)空氣成分（N2、O2和CO2）的光離子能量都高于離子燈所能提供的能量，所以空氣的成分是不會(huì)被檢測(cè)到的。因此，光離子氣體傳感器（PID）非常適合用來(lái)檢測(cè)環(huán)境氣體中的有機(jī)揮發(fā)物（VOCs），而且不受空氣的干擾，檢測(cè)精度可以達(dá)到ppb級(jí)別.。   
     2.光離子氣體傳感器（PID）檢測(cè)氣體類(lèi)型：
光離子氣體傳感器（PID）是檢測(cè)有機(jī)揮發(fā)物（VOCs）的最便捷、最靈敏的檢測(cè)手段，特別是對(duì)于哪些濃度非常低的氣體泄漏（leak）有著其他類(lèi)型傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)， 概括的講，光離子氣體傳感器（PID）主要用于有機(jī)揮發(fā)物（VOCs）的檢測(cè)，這些揮發(fā)物包括：
  ? 芳香類(lèi)：苯、二甲苯、萘等；
  ? 飽和烴和不飽和烴類(lèi)：辛烷、乙烯、環(huán)己烷等；
 ? 酮、醛、醚類(lèi)：丙酮、丙醛、丙甲醚等；
 ? 鹵代烴類(lèi)、硫代烴類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)、肼類(lèi)等。
 ? 此外，可檢測(cè)的無(wú)機(jī)物包括：砷、氨。
 下列物質(zhì)是不能用光離子傳感器去探測(cè)的：
  ? 空氣，包括：N2，O2，CO2和水，
 ? 有毒有害氣體：CO， HCN，SO2。
 ? 天然氣：CH4、C2H6.
 ? 酸類(lèi)：HCL，HF，HNO3。
 ? 其他：氟利昂、O3 

     目前，光離子氣體傳感器（PID）已經(jīng)被集成到手持、固定式、臺(tái)式氣體探測(cè)器以及專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)儀器上，廣泛應(yīng)用在化工、石油、環(huán)保、制藥、釀酒等諸多行業(yè)，為安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和危害檢測(cè)保駕護(hù)航。

紅外氣體傳感器：

    光譜吸收法表明許多氣體分子在紅外波段存在特征吸收;根據(jù)朗伯-比爾定律，特征吸收強(qiáng)度與氣體濃度成正比例關(guān)系。據(jù)此原理設(shè)計(jì)而成的紅外氣體分 析器可用于分析混合氣體中某種或某幾種待測(cè)氣體組分的濃度，是一類(lèi)非常重要、非常經(jīng)典的氣體分析器。

     基于氣體的紅外吸收光譜特性，非單元素的極性氣體分子 在中紅外（2.5～25μm）波段存在著分子振動(dòng)能級(jí)的基頻吸收譜線，因此紅外氣體分析器靈敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析;且選擇性好，可以實(shí)現(xiàn)背景氣體對(duì)測(cè)量分析基本沒(méi)有影響。

    紅外傳感器的應(yīng)用很廣，在檢測(cè)很多種的氣體中都使用到它，而且它的可靠性很高，選擇性很好，精度也高，沒(méi)有毒，受到環(huán)境的干擾較小，壽命比較長(zhǎng)，對(duì)氧氣不依賴(lài)等等的優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)的市場(chǎng)中很可能會(huì)成為主流的。

     當(dāng)然，它也有缺點(diǎn)，因?yàn)樘幵趧倓偲鸩降碾A段，技術(shù)不夠精湛，而且市場(chǎng)上很少，制造的成本比較高，這些種種的缺點(diǎn)對(duì)它在市場(chǎng)上的使用都有一定的限制。但是，希望在未來(lái)的技術(shù)發(fā)展中，可以發(fā)現(xiàn)更多更好的技術(shù)讓它變得更加成熟，更加實(shí)用，在市場(chǎng)上的占有位置更高。