气体传感器的工作原理汇总及各自的优缺点对比
气体传感器的工作原理汇总及各自的优缺点对比
气体传感器是用于检测气体成分和浓度的关键器件，其工作原理主要包括半导体、催化燃烧、电化学、红外和光离子等类型。本文将详细介绍这五种主要气体传感器的工作原理及其各自的优缺点。
半导体式气体传感器
半导体式气体传感器是利用某些金属氧化物半导体材料的特性，在特定温度下，电导率会随着环境气体成分的变化而改变。这种传感器具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感度低和电路简单的优点。然而，它也存在一些缺点，如必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功耗高等。
催化燃烧式气体传感器
催化燃烧式气体传感器是在白金电阻表面制备耐高温的催化剂层，在特定温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧时白金电阻温度增加，电阻发生变化，这种变化与可燃性气体浓度成函数关系。这种传感器的优点是输出信号线性好、指数可靠、价格便宜，但只能测量可燃气体。
电化学式气体传感器
电化学式气体传感器利用部分可燃性、有毒有害气体的电化学活性，能够被电化学氧化或还原的特性来检测气体成分和浓度。电化学气体传感器可分为多种子类：
- 原电池型气体传感器：类似于干电池，只是将碳锰电极替换成气体电极。这种传感器应用范围较窄，约束因素较多。
- 稳定电位电解池型气体传感器：用于检测还原性气体非常有效，其电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析传感器。这种传感器是目前有毒有害气体检测的主流传感器。
- 浓差电池型气体传感器：具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体浓度有关。这种传感器的成功实例包括汽车用氧气传感器和固体电解质型二氧化碳传感器。
- 极限电流型气体传感器：利用电化池中极限电流与载流子浓度的关系来制备氧气浓度传感器，用于汽车氧气检测和钢水中氧浓度检测。
电化学式气体传感器的优点是可以检测特定气体、线性输出、低功耗、良好的分辨率、重复性和准确性高、不易受其他气体干扰、比大多数其他气体检测技术更经济。缺点是使用温度范围有限、寿命短、在目标气体中暴露时间越长寿命越短。
红外传感器
红外传感器属于精密型传感器，具有很好的测量针对性，目前主要用于检测低碳链碳氢化合物和CO2。其优点包括精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长。缺点是仪器功耗大、制造成本高、容易受到粉尘和湿度的影响、传感器成本高。
光离子传感器（PID）
光离子传感器使用紫外光源，化学物质在紫外光激发下产生正、负离子，这些离子产生的电流经过检测器放大后在仪表上显示PMM级浓度。当分子吸收高能紫外线时产生电离，分子在这种激发下产生负电子并形成正离子。这些离子经过电极后会重新组合成原来的有机分子。
光离子传感器的优点包括高灵敏度、用途广泛、便携式、体积小、精度高、高分辨、响应快、实时性好、安全性高、可连续测试。缺点是传感器成本很高。
总结：
不同类型的气体传感器各有优劣，选择合适的传感器需要根据具体应用场景和检测需求来决定。例如，需要高精度和选择性的场合适合使用红外传感器，需要便携性和高灵敏度的场合适合使用光离子传感器，需要检测特定气体的场合适合使用电化学式传感器等。
本文原文来自传感器专家网