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氣體傳感器的分類(lèi)與原理介紹

氣體傳感器的分類(lèi)與原理介紹

發(fā)布時(shí)間:2020-03-17
氣體傳感器主要用于針對(duì)某種特定氣體進(jìn)行檢測(cè),測(cè)量該氣體在傳感器附近是否存在,或在傳感器附近空氣中的含量。因此,在安全系統(tǒng)中,氣體傳感器通常都是不可或缺的。這些傳感器可以為安全系統(tǒng)提供可燃、易燃和有毒氣體的信息,以及區(qū)域內(nèi)氧氣的消耗,二氧化碳的比例等。常見(jiàn)的氣體傳感器包括電化學(xué)氣體傳感器,催化燃燒氣體傳感器,半導(dǎo)體氣體傳感器,紅外氣體傳感器等。不同類(lèi)型的傳感器由于原理和結(jié)構(gòu)不同,性能、使用方法、適用氣體、適用場(chǎng)合也不盡相同。一.電化學(xué)氣體傳感器相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體,比如硫化氫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等,都有電化學(xué)活性,可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng),可以分辨氣體成份、檢測(cè)氣體濃度。電化學(xué)傳感器正是基于這種原理。電化學(xué)傳感器又分為很多類(lèi)型,包括原電池型氣體傳感器、恒定電位電解池型氣體傳感器、濃差電池型氣體傳感器、極限電流型氣體傳感器、半導(dǎo)體式氣體傳感器等。這類(lèi)傳感器均是利用氣體的氧化還原性,通過(guò)電流、電勢(shì)以及敏感元件阻值的變化等來(lái)確定氣體的濃度。二.催化燃燒氣體傳感器催化燃燒氣體傳感器實(shí)際上是基于鉑電阻溫度傳感器的一種氣體傳感器,即在鉑電阻表面制備耐高溫催化劑層,在一定溫度下,可燃?xì)怏w在表面催化燃燒,因此鉑電阻溫度升高,導(dǎo)致電阻的阻值變化。理論上這種傳感器可以檢測(cè)所有可以燃燒的氣體,但實(shí)際應(yīng)用中有很多例外。這種傳感器通常可以用于檢測(cè)空氣中的甲烷、LPG、丙酮等可燃?xì)怏w。三.光離子化氣體傳感器光離子化氣體傳感器是一種具有極高靈敏度,用途廣泛的檢測(cè)器,可以檢測(cè)從10ppb到較高濃度的10000ppm的揮發(fā)性有機(jī)物和其他有毒氣體。許多有害物質(zhì)都含有揮發(fā)性有機(jī)化合物,光離子化氣體傳感器對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物靈敏度很高。光離子化氣體傳感器使用了一個(gè)紫外光源,通過(guò)離子化,即將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子,檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷,并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。光離子化氣體傳感器可檢測(cè)芳香烴類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、氯代烴類(lèi)、胺及胺類(lèi)化合物和不飽和烴類(lèi)。四.紅外氣體傳感器紅外氣體傳感器利用氣體對(duì)特定頻率的紅外光譜的吸收作用制成。紅外光從發(fā)射端射向接收端,當(dāng)有氣體時(shí),對(duì)紅外光產(chǎn)生吸收,接收到的紅外光就會(huì)減少,從而檢測(cè)出氣體含量。目前較先進(jìn)的紅外式采用雙波長(zhǎng)、雙接收器,使檢測(cè)更準(zhǔn)確、可靠。其優(yōu)點(diǎn)是選擇性好,只檢測(cè)特定波長(zhǎng)的氣體,可以根據(jù)氣體定制;采用光學(xué)檢測(cè)方式,不易受有害氣體的影響而中毒、老化;響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好;利用物理特性,沒(méi)有化學(xué)反應(yīng),防爆性好;信噪比高,抗干擾能力強(qiáng);使用壽命長(zhǎng);測(cè)量精度高。其缺點(diǎn)是測(cè)量范圍窄,只能檢測(cè)(C1~C5)的碳?xì)浠衔?;怕灰塵、潮濕,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要好,需要定期對(duì)反射鏡面上的灰塵進(jìn)行清潔維護(hù);現(xiàn)場(chǎng)有氣流時(shí)無(wú)法檢測(cè);價(jià)格較高。五.固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器是指以固體電解質(zhì)作為傳感材料的氣體傳感器,常用的固體電解質(zhì)主要包括:穩(wěn)定氧化鋯、鈉離子快導(dǎo)體、質(zhì)子導(dǎo)體以及一些低價(jià)金屬的鹵化物等。固體電解質(zhì)氣體傳感器按照檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)可分為平衡電位型、混成電位型、限制電流型和短路電流型等。這種傳感器介于半導(dǎo)體氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器之間,選擇性、靈敏度高于半導(dǎo)體氣體傳感器,壽命長(zhǎng)于電化學(xué)氣體傳感器,因此得到廣泛應(yīng)用。這種傳感器的不足之處是響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。六.超聲波氣體探測(cè)器這種氣體探測(cè)器比較特殊,其原理是當(dāng)氣體通過(guò)很小的泄漏孔從高壓端向低壓端泄漏時(shí),就會(huì)形成湍流,產(chǎn)生振動(dòng)。典型的湍流氣流會(huì)在差壓高于0.2MPa時(shí)變成因素,超過(guò)0.2MPa就會(huì)產(chǎn)生超聲波。湍流分子互相碰撞產(chǎn)生熱能和振動(dòng)。熱能快速分散,但振動(dòng)會(huì)被傳送到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。超聲波探測(cè)器就是通過(guò)接收超聲波判斷是否有空氣泄漏。這類(lèi)探測(cè)器通常用于石油和天然氣平臺(tái)、發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)以及其它戶(hù)外管道。七.磁氧分析儀這種氣體分析儀是基于氧氣的磁化率遠(yuǎn)大于其他氣體磁化率這一物理現(xiàn)象,測(cè)量混合氣體中氧氣含量的一種物理氣體分析設(shè)備。這種設(shè)備適合自動(dòng)檢測(cè)各種工業(yè)氣體中的氧氣含量。這類(lèi)設(shè)備只能用于氧氣檢測(cè),選擇性極好。
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