气体传感器技术简述

一、前言

从技术的角度分类，气体传感器主要可分为：半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、PID气体传感器、光化学型气体传感器、接触燃烧式气体传感器等。

半导体气体传感器适用面广，简单易用，在家用燃气检测、礼品、智能家电等领域大量应用，是目前气体传感器中应用最为广泛的品种。电化学气体传感器非常适合低浓度毒性气体检测，以及氧气和酒精等无毒气体的检测，目前主要应用在各种工业领域以及道路交通安全检测领域。催化燃烧式气体传感器适用于可燃气体检测，主要在煤矿领域检测瓦斯使用。红外气体传感器适用于检测甲烷、二氧化碳等气体，在目前的实际应用中以二氧化碳产品应用居多，主要应用在暖通空调与室内空气质量监控、工业过程及安全防护监控、农业及畜牧业生产过程监控等领域。PID传感器则主要用于极低浓度的挥发性气体检测（VOC）。

二、半导体气体传感器 自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器已经成为当前应用最普遍、非常具有实用价值的一类气体传感器，根据其气敏机制又可以分为电阻式和非电阻式两种。

电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，是一种用金属氧化物薄膜（例如：Sn02，ZnO Fe203，Ti02等）制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须工作于高温下、对气味或气体的选择性差、元件参数分散、稳定性不够理想、功率要求高。

非电阻式半导体气体传感器是二极管式以及场效应管式（MOSFET）半导体气体传感器。其工作电流或电压随着气体含量而变化，主要检测氢和天然气等可燃性气体。其中，MOSFET气体传感器工作原理是挥发性有机化合物（VOC）与催化金属（如钮）接触发生反应，反应产物扩散到MOSFET的栅极，改变了器件的性能。通过分析器件性能的变化而识别VOC。通过改变催化金属的种类和膜厚可优化灵敏度和选择性，并可改变工作温度。MOSFET气体传感器灵敏度高，但制作工艺比较复杂，成本高。

三、电化学型气体传感器 电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器，近年来，又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。

可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO，NO，N02，02，S02等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数已电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。

四、光学式气体传感器 光学式气体传感器包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等，主要以红外吸收型气体分析仪为主，由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。这类传感器具有高抗振能力和抗污染能力，与计算机相结合，能连续测试分析气体，具有自动校正、自动运行的功能。

光纤气敏传感器的主要部分是两端涂有活性物质的玻璃光纤。活性物质中含有固定在有机聚合物基质上的荧光染料，当VOC与荧光染料发生作用时，染料极性发生变化，使其荧光发射光谱发生位移。用光脉冲照射传感器时，荧光染料会发射不同频率的光，检测荧光染料发射的光，可识别VOC。