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气体传感器类型有哪些2

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发表于 2021-5-11 21:44:10 | 显示全部楼层 |阅读模式

2固体电解质气体传感器

固体电解质指的是依靠离子或质子来实现传导的一类固态物质。固体电解质气体传感器的原理是敏感材料在一定气氛中会产生离子,离子的迁移和传导形成电势差,根据电势差来实现气体浓度大小的测定。由于这种传感器在一定温度下电导率高、灵敏度和选择性好,所以在冶金石化、能源环保和宇航交通等各领域均得到了广泛的应用。

ZrO2氧传感器是最具有代表性的固体电解质气体传感器。通常用CaO、MgO、Y2O3稳定的ZrO2做氧离子导体,灵敏度非常高,1000℃ZrO2(CaO)传感器的测量下限为10—13Pa氧,响应快,可实现跟踪连续检测。该类传感器的特点是气敏材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子相同,原理简单。

目前固体电解质气体传感器研究的热点主要集中下面两类:一类是气敏材料吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子不相同的传感器;另一类是气敏材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器。这两类原理相对复杂,有些原理至今仍未得到合理解释。将用溶胶凝胶法合成的NASICON与BaCO3—LiCO3辅助相复合电极做成小型CO2固体电解质气体传感器,发现该器件对CO2表现出良好的线性敏感特性、快速的响应恢复和较强的抗干扰能力;以NASICON为固体电解质,采用NaNO2为辅助电极构成的传感器,发现对NO2和NO的敏感性远优于NaNO2;从K2SO4、Na2SO4、Li2SO4、AgSO4到NaSiCON、Na-β(β)-Al2O3、Ag-β-Al2O3都被用做SO2气体传感器;固体电解质NH-CaCO3、YST-Au-WO3分别被用做NH3与H2S气体传感器;本实验室采用单晶、多晶、LaF3(CaF2)制成H2O、H2、SO2固体电解质传感器,发现灵敏度和选择性都较高。有机固体电解质以易成膜,弹性好,质轻,易形成大面积,且制备简单和原料易得等优点也引起众多研究者的兴趣。常见的有机固体电解质包括聚乙烯氧化物(PEO)、磷酸氢铀酰、Nafion高分子等,它们常被用做H2和水蒸气固体电解质传感器的氢离子导体(质子导电)。有机凝胶电解质传感器已用于检测空气中的H2S、PH3等有害气体。

3接触燃烧式气体传感器

接触燃烧式气体传感器的原理是:气敏材料在通电状态下,温度约在300~600℃,当可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,燃烧热进一步使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量电阻变化从而测量气体浓度。该种气体传感器的优点是对气体选择性好,受温度和湿度影响小,响应快,已经被广泛应用在石油化工厂、矿井、浴室和厨房等处。目前实用化的接触燃烧式气体传感器有规模生产的H2、LPG、CH4检测用产品,其次是碳化氢与有机溶剂蒸气检测用产品。但它们对低浓度可燃性气体灵敏度低,敏感元件受催化剂侵害较严重。

4光学式气体传感器

光学式气体传感器主要以光谱吸收型为主。它的原理是:不同的气体物质由于其分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不同的吸收光谱。这就决定了光谱吸收型气体传感器的选择性、鉴别性和气体浓度的唯一确定性。若能测出这种光谱便可对气体进行定性、定量分析。目前已经开发了流体切换式、流程直接测量式等多种在线红外吸收式气体传感器。在汽车的尾气中,CO、CO2和烃类物质的浓度,以及工业燃烧锅炉中的有害气体SO2、NO2都可采用光谱吸收型气体传感器来检测。

光学式气体传感器类型还包括荧光型、光纤化学材料型等类型。气体分子受激发光照射后处于激发态,在返回基态的过程中发出荧光。由于荧光强度与待测气体的浓度成线性关系,荧光型气体传感器通过测试荧光强度便可测出气体的浓度。光纤化学材料型气体传感器是指在光纤的表面或端面涂一层特殊的化学材料,而该材料与一种或几种气体接触时,引起光纤的耦合度、反射系数、有效折射率等诸多性能参数的变化,这些参数又可以通过强度调制等方法来检测。例如:涂在光纤上的钯膜遇H2时候就会膨胀,气体引起薄膜的膨胀可以通过测量干涉仪的输出光的强度来测得。

5石英谐振式气体传感器

石英谐振式气敏元件由石英基片、金电极和支架三部分组成。其电极上涂有一层气体敏感膜,当被测气体分子吸附在气体敏感膜上时,敏感膜的质量增加,从而使石英振子的谐振频率降低。谐振频率的变化量与被测气体的浓度成正比。该传感器结构简单、灵敏高,但只能使用在室温下工作的气体敏感膜。选取聚乙烯亚胺PEI(polyethyleneimine)作敏感膜,发现该传感器对CO2的气敏特性、选择性都很好,对体积500×10-6的CO2气体测试,其响应时间为5s,恢复时间为2s。酞菁类聚合物也常被用来制成石英谐振式气敏元件。目前已经开发出可测试NH3、SO2、HCl、H2S、醋酸蒸气的石英谐振式气体传感器。

6表面声波气体传感器

表面声波气体传感器发展的历史很短,可谓是后起之秀。尽管在实用化方面还存在许多问题,但它符合信号系统数字化、集成化、高精度的方向,因此倍受世界上许多国家的高度重视。表面声波传播速度的影响因素很多,例如:环境温度、压力、电磁场、气体性质、固体介质的质量、电导率等。通过选择合适的敏感膜来控制诸多影响因素中的一个因素起主导作用。当质量起主导作用时,表面声波的振荡频率与气体敏感膜的密度成正比;当电导率起主导作用时,表面声波的振荡频率与气体敏感膜的方块电导率成反比。设计时,通常采用双通道延迟线结构来实现对环境温度和压力变化的补偿。目前研究的该类气体传感器大多采用有机膜来做气敏材料,主要有聚异丁烯、氟聚多元醇等,被用来检测苯乙烯和甲苯等有机蒸气;酞菁类聚合物薄膜被用来检测NO2、NH3、CO、SO2等气体。

来源:网络


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