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气体传感器的分类与原理介绍

2020-03-17 14:36:01    责任编辑: 沃飞科技     0

气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测,测量该气体在传感器附近是否存在,或在传感器附近空气中的含量。因此,在安全系统中,气体传感器通常都是不可或缺的。这些传感器可以为安全系统提供可燃、易燃和有毒气体的信息,以及区域内氧气的消耗,二氧化碳的比例等。

常见的气体传感器包括电化学气体传感器,催化燃烧气体传感器,半导体气体传感器,红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同,性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。


一.电化学气体传感器

相当一部分的可燃性的、有毒有害气体,比如硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等,都有电化学活性,可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应,可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学传感器正是基于这种原理。电化学传感器又分为很多类型,包括原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器、极限电流型气体传感器、半导体式气体传感器等。这类传感器均是利用气体的氧化还原性,通过电流、电势以及敏感元件阻值的变化等来确定气体的浓度。

二.催化燃烧气体传感器

催化燃烧气体传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器,即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层,在一定温度下,可燃气体在表面催化燃烧,因此铂电阻温度升高,导致电阻的阻值变化。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体,但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。

三.光离子化气体传感器

光离子化气体传感器是一种具有极高灵敏度,用途广泛的检测器,可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物,光离子化气体传感器对挥发性有机化合物灵敏度很高。光离子化气体传感器使用了一个紫外光源,通过离子化,即将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子,检测器捕捉到离子化了的气体的正负电荷,并将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。光离子化气体传感器可检测芳香烃类、酮类、醛类、氯代烃类、胺及胺类化合物和不饱和烃类。

四.红外气体传感器

红外气体传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端,当有气体时,对红外光产生吸收,接收到的红外光就会减少,从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器,使检测更准确、可靠。其优点是选择性好,只检测特定波长的气体,可以根据气体定制;采用光学检测方式,不易受有害气体的影响而中毒、老化;响应速度快、稳定性好;利用物理特性,没有化学反应,防爆性好;信噪比高,抗干扰能力强;使用寿命长;测量精度高。其缺点是测量范围窄,只能检测(C1~C5)的碳氢化合物;怕灰尘、潮湿,现场环境要好,需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护;现场有气流时无法检测;价格较高。

五.固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器是指以固体电解质作为传感材料的气体传感器,常用的固体电解质主要包括:稳定氧化锆、钠离子快导体、质子导体以及一些低价金属的卤化物等。固体电解质气体传感器按照检测信号的特点可分为平衡电位型、混成电位型、限制电流型和短路电流型等。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间,选择性、灵敏度高于半导体气体传感器,寿命长于电化学气体传感器,因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。

六.超声波气体探测器

这种气体探测器比较特殊,其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时,就会形成湍流,产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素,超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散,但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。

七.磁氧分析仪

这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象,测量混合气体中氧气含量的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量。这类设备只能用于氧气检测,选择性极好。