半導(dǎo)氣體傳感器
這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%,根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型,電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型。
(1) SnO2半導(dǎo)體是典型的表面型氣敏元件,其傳感原理是SnO2為n 型半導(dǎo)體材料。當(dāng)施加電壓時(shí),半導(dǎo)體材科溫度升高,被吸附的氧接受了半導(dǎo)體中的電子形成了O2或O2原性氣體H2、CO、CH4存在時(shí),使半導(dǎo)體表面電阻下降,電導(dǎo)上升,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導(dǎo)體,氧化性氣體使電導(dǎo)下降,對O2敏感。ZnO半導(dǎo)體傳感器也屬于此種類型。
a. 電導(dǎo)型的傳感器元件分為表面敏感型和容積控制型,表面敏感型傳感材料為SnO2+Pd 、ZnO十Pt 、AgO、V2O5 、金屬酞青、Pt —SnO2。 表面敏感型氣體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2、 氟利昂。傳感材料Pt —SnO2 的氣體傳感器可檢測氣體為可燃性氣體CO、H2、CH4
b. 容積控制型傳感材料為Fe2O8和TiO2、CO-MgO —SnO2體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2、氟利昂,傳感材料Pt —SnO2。
容積控制型半導(dǎo)體氣體傳感器可檢測氣體為液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐氣尾氣。
(2)容積控制型的是晶格缺陷變化導(dǎo)致電導(dǎo)率變化,電導(dǎo)變化與氣體濃度成比例關(guān)系。
Fe2O8、TiO2屬于此種,對可燃性氣體敏感。
(3)熱線性傳感器,是利用熱導(dǎo)率變化的半導(dǎo)體傳感器,又稱熱線性半導(dǎo)體傳感器,是在Pt 絲線圈上涂敷SnO2層,Pt絲除起加熱作用外,還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導(dǎo)體變熱,表面吸氧,使自由電子濃度下降,可燃性氣體存在時(shí),由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大,導(dǎo)熱率隨自由電子濃度增加而增大,散熱率相應(yīng)增高,使Pt 絲溫度下降,阻值減小,P t絲阻值變化與氣體濃度為線性關(guān)系。
這種傳感器體積小、穩(wěn)定、抗毒,可檢測低濃度氣體,在可燃?xì)怏w檢測中有重要作用。
(4)非電導(dǎo)型的FET場效應(yīng)晶體管氣體傳感器,Pd —FET.場效應(yīng)晶體管傳感器,利用Pd 吸收H z 并擴(kuò)散達(dá)到半導(dǎo)體Si 和Pd的界面,減少Pd 的功函,這種對H2、CO敏感。非電導(dǎo)型FET場效應(yīng)晶體管氣體傳感器體積小,便于集成化,多功能,是具有發(fā)展前途的氣體傳感器。
固體電解質(zhì)氣體傳感器
這種傳感器元件為離子對固體電解質(zhì)隔膜傳導(dǎo),稱為電化學(xué)池,分為陽離子傳導(dǎo)和陰離子傳導(dǎo),是選擇性強(qiáng)的傳感器,研究較多達(dá)到實(shí)用化的是氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器,其機(jī)理是利用隔膜兩側(cè)兩個(gè)電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩(wěn)定的氧化鉻固體電解質(zhì)傳感器已成功地應(yīng)用于鋼水中氧的測定和發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比成分測量等。
為彌補(bǔ)固體電解質(zhì)導(dǎo)電的不足,近幾年來在固態(tài)電解質(zhì)上鍍一層氣敏膜,把圍周環(huán)境中存在的氣體分子數(shù)量和介質(zhì)中可移動(dòng)的粒子數(shù)量聯(lián)系起來。
接觸燃燒式氣體傳感器
接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣H2、CO、CH4的檢測??扇?xì)怏w接觸表面催化劑
Pt 、Pd 時(shí)燃燒、破熱,燃燒熱與氣體濃富有關(guān)。這類傳感器的應(yīng)用面廣、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好,缺點(diǎn)是選擇性差。
電化學(xué)氣體傳感器
電化學(xué)方式的氣體傳感器常用的有兩種:
(1)恒電位電解式傳感器
是將被測氣體在特定電場下電離,由流經(jīng)的電解電流測出氣體濃度,這種傳感器靈敏度高,改變電位可選擇的檢洌氣體,對毒性氣體檢測有重要作用。
(2)原電池式氣體傳感器
在KOH電解質(zhì)溶液中,Pt —Pb或Ag —Pb 電極構(gòu)成電池,已成功用于檢測O2,其靈敏度高,缺點(diǎn)是透水逸散吸潮,電極易中毒。
光學(xué)氣體傳感器
(1)直接吸收式氣體傳感器
紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學(xué)氣體傳感器,是根據(jù)氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分,非分散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有較高的靈敏度。
另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關(guān)分光、二次導(dǎo)數(shù)、自調(diào)制光吸收法對NO、NO2、SO2、烴類( CH4) 等氣體具有較高的靈敏度。
(2)光反應(yīng)氣體傳感器
光反應(yīng)氣體傳感器是利用氣體反應(yīng)產(chǎn)生色變引起光強(qiáng)度吸收等光學(xué)特性改變,傳感元件是理想的,但是氣體光感變化受到限制,傳感器的自由度小。
(3)氣體光學(xué)特性的新傳感器
光導(dǎo)纖維溫度傳感器為這種類型,在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應(yīng)、發(fā)熱。溫度改變,導(dǎo)致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達(dá)到實(shí)用化程度,檢測氣體也是成功的。
此外,利用其它物理量變化測量氣體成分的傳感器在不斷開發(fā),如聲表面波傳感器檢測SO2、NO2、H2S、NH3、H2 等氣體也有較高的靈敏度。
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