氣體濃度檢測技術(shù)基礎(chǔ)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u22609氣體濃度檢測技術(shù)基礎(chǔ)綜述 1299851.1氣體傳感器簡介 1100841.1.1氣體傳感器概述 1227081.1.2氣體傳感器的分類 315171.1.3氣體傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn) 4118941.2電化學(xué)氣體傳感器的選擇 51.1氣體傳感器簡介1.1.1氣體傳感器概述安裝在檢測頭中的氣體傳感器一般是一種能夠感知和監(jiān)測環(huán)境中的被測氣體濃度，并將其濃度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號設(shè)備。氣體傳感器是本空氣質(zhì)量檢測儀的關(guān)鍵。一般情況下，氣體傳感器的響應(yīng)時(shí)間取決于其采樣方法。氣體樣品的測量需要一些化學(xué)處理方法去壓縮測量時(shí)間，包括相應(yīng)的干擾的處理和對干擾氣體進(jìn)行過濾。同時(shí)，為了節(jié)約成本，所選擇的氣體探測器仍然通過最簡單的擴(kuò)散法來檢測。樣品吸入測法是給傳感器提供了一個(gè)穩(wěn)定的控制流量。這種方法一般是在樣品流速和流量相對不穩(wěn)定的情況下或者位置靠近加工儀器或排氣通道使用。傳感器的設(shè)計(jì)決定氣體樣品和探針之間的距離。簡單擴(kuò)散法的原理是氣體擴(kuò)散的特點(diǎn)。但是氣體的擴(kuò)散過程不是很快，因此探頭必須靠近取樣點(diǎn)。擴(kuò)散法的主要優(yōu)點(diǎn)是探頭中的傳感器直接測量擴(kuò)散而來的氣體，而不需要進(jìn)行其他的換算。氣體傳感器的主要特性；穩(wěn)定性傳感器保持其性能參數(shù)的能力為穩(wěn)定性。由于傳感器的敏感元件會老化，進(jìn)而導(dǎo)致性能變差。所以在維護(hù)周期結(jié)束時(shí)，必須重新驗(yàn)證傳感器以改變干擾。因?yàn)榉€(wěn)定性有一個(gè)定量指標(biāo)，所以在使用之前需要重新校準(zhǔn)。由于本項(xiàng)目的傳感器是在室內(nèi)使用的，所以我們根據(jù)使用要求選擇電化學(xué)類型。如果你在惡劣的環(huán)境中，你需要找到減少環(huán)境干擾的方法。而有時(shí)要求傳感器長時(shí)間使用。因此，所選的傳感器應(yīng)該能夠承受較長時(shí)間的測試，所以必須充分考慮穩(wěn)定性。靈敏度靈敏度是傳感器工作室輸出隨著輸入的變化，輸出所發(fā)生的變化。靈敏度越高，越容易更精確地檢測氣體，靈敏度較高又會導(dǎo)致系統(tǒng)容易噪音所干擾。所以傳感器必須擁有一定的信噪比，使噪聲經(jīng)過放大后不能嚴(yán)重干擾測量結(jié)果。有時(shí)越敏感越好。在測量各種氣體時(shí)，傳感器最好具有盡可能小的選擇性。本課題選用的電化學(xué)氣體傳感器只能測量一種氣體，因此傳感器的交叉靈敏度應(yīng)較小。（3）抗腐蝕性耐腐蝕性是傳感器對于高濃度氣體的耐壓能力。當(dāng)被監(jiān)測氣體泄漏時(shí)，傳感器會處于10到30倍極限氣體濃度。當(dāng)被監(jiān)測氣體消失后，傳感器抗腐蝕性越好，其零點(diǎn)漂移越小。（4）精度傳感器精度事關(guān)整個(gè)測量系統(tǒng)的測量精度，所以本課題所選擇的傳感器都是高性能傳感器。但是傳感器的價(jià)格會隨著其精度的增加而增加，所以在滿足要求的條件下，沒有追求過于精細(xì)的儀器，否則會使成本升高。因此在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的條件下，盡量選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的傳感器。（5）線性范圍傳感器的精度在線性范圍外會大打折扣。所以線性范圍越寬，輸入輸出范圍越大，此項(xiàng)目選擇線性范圍大的傳感器，這樣可以使其測量范圍增大，方便使用按鍵模塊進(jìn)行預(yù)設(shè)值。（6）頻率響應(yīng)特性此項(xiàng)目選擇頻率響應(yīng)特性適中的傳感器，因?yàn)閭鞲衅鞑粫谠试S的頻率特性內(nèi)失真，但是增加頻率響應(yīng)會減小帶寬，進(jìn)而影像傳感器的其他性能。頻率響應(yīng)總是延遲的，但延遲時(shí)間應(yīng)盡可能短。頻率響應(yīng)描述傳感器對不同信號的處理能力。1.1.2氣體傳感器的分類氣體傳感器根據(jù)檢測技術(shù)的不同可分為光學(xué)紅外型、半導(dǎo)體型、聚合物氣敏型、電化學(xué)型、接觸燃燒型、電解質(zhì)型等。上述氣體傳感器特點(diǎn)不盡相同，所以在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇哪個(gè)傳感器必須根據(jù)儀器所使用的具體情況。各種傳感器簡介；（1）光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式傳感器通過對被測氣體發(fā)射紅外線，接著檢測紅外吸收峰來分析氣體，一般采用紅外吸收型。目前最新的分析儀主要有傅里葉變換式、直接流量測量式和流體切換式。該傳感器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)和自動操作的功能。它不僅可以連續(xù)測量和分析氣體，而且產(chǎn)品質(zhì)量也好，可以忍受惡劣的環(huán)境。半導(dǎo)體氣體傳感器通常，這種氣體傳感器測量半導(dǎo)體與半導(dǎo)體接觸后的性質(zhì)變化，從而獲得與被測氣體相對應(yīng)的一些性質(zhì)。利用材料的特性，我們可以獲得與五官相同的感官表現(xiàn)。氣體傳感器使用金屬氧化物作為其成分。當(dāng)傳感器與氣體相互作用時(shí)，半導(dǎo)體特性使得載流子移動表面的電勢和電導(dǎo)率改變，從而測量氣體。半導(dǎo)體氣體傳感器是應(yīng)用最廣泛、最實(shí)用的氣體測量傳感器。有很多類型，比如定量監(jiān)測，溫度傳感器，生物傳感器。根據(jù)氣敏特性，可分為電阻式氣敏和非電阻式氣敏。其中，電阻器是由金屬氧化物膜制成的電阻元件。氣體在薄膜表面發(fā)生還原反應(yīng)，改變電導(dǎo)率，電阻與氣體濃度有對應(yīng)關(guān)系。高分子氣體材料氣體傳感器該傳感器最重要的特點(diǎn)是可以通過測量聚合物氣敏材料的電阻來獲得相應(yīng)的氣體濃度。該傳感器具有成本低、制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是它需要時(shí)間，而且由于傳感器需要激活電聚合，其性能因批次而異。特殊材料的高選擇性、高靈敏度和結(jié)構(gòu)簡單是目前的研究熱點(diǎn)之一，可以彌補(bǔ)其他室溫氣體傳感器的不足。接觸燃燒式氣體傳感器燃燒式氣體傳感器可分為直接燃燒式和催化燃燒式。技術(shù)原理是氧化燃燒氣敏材料。當(dāng)氣敏元件使用的橋式電路劇烈燃燒時(shí)，電路就會不平衡，產(chǎn)生電位差。電阻隨溫度而變化，檢測氣體中電阻的值可以測得當(dāng)前環(huán)境氣體濃度和性質(zhì)。這種傳感器也稱為導(dǎo)熱傳感器，可用于家庭和礦井測量和報(bào)警。該傳感器在環(huán)境溫度下具有良好的穩(wěn)定性，能夠監(jiān)測爆炸下限以下的多種可燃?xì)怏w，適用于許多領(lǐng)域電化學(xué)式氣體傳感器本課題選擇了這種傳感器，它具有很高的靈敏度和選擇性，目前廣泛應(yīng)用于許多場合。它的體積相對較小，相比其他便攜式儀器，占用空間有限，對所有類型的氣體檢測傳感器來說功耗最低。此課題選擇的是電量型電化學(xué)傳感器，通過對氣體與電解液接觸時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生的電流可以直接測得氣體的濃度，使用起來十分方便。1.1.3氣體傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)為了實(shí)現(xiàn)特定的測量任務(wù)，即使是檢測相同的物理量，我們也需要首先考慮基于哪一種技術(shù)的傳感器的應(yīng)用。除了考慮傳感器的范圍外，在確定傳感器時(shí)，還需要根據(jù)被測氣體的類型、濃度范圍、條件來考慮哪個(gè)傳感器更合適。因此，需要考慮以下幾個(gè)方面:接觸式或非接觸式測量;對傳感器體積測量位置的具體要求;國產(chǎn)、自主研發(fā)或進(jìn)口傳感器;價(jià)格是否可以接受;信號應(yīng)選擇有線或非接觸式測量提取方法;要考慮該傳感器在某些指標(biāo)上是否能滿足實(shí)驗(yàn)要求，還需要考慮其穩(wěn)定性、選擇性、靈敏度、耐腐蝕等性能。如果不能滿足要求，將導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，而且還會涉及到綜合的經(jīng)濟(jì)方面，包括成本低、壽命長、易于校準(zhǔn)和維護(hù)、信號處理簡單、外圍設(shè)備簡單等。由于是用于室內(nèi)監(jiān)測，響應(yīng)時(shí)間不宜太長，最好不超過1分鐘，分辨率應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。為了便于攜帶，體積應(yīng)盡量小在對各種傳感器進(jìn)行深入比較之后，本課題選擇的原理簡單，可靠性高，價(jià)格低廉的電化學(xué)傳感器，同時(shí)電化學(xué)傳感器在非常惡劣的條件下它也能夠正常工作，適用于此項(xiàng)目。1.2電化學(xué)氣體傳感器介紹1.1.1電化學(xué)氣體傳感器的概述電化學(xué)氣體傳感器利用電解電池原理的化學(xué)傳感器在空氣中的化學(xué)氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生電信號。電信號與氣體濃度值呈