氣體傳感器文獻(xiàn)綜述

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1、氣體傳感器的發(fā)展概況和發(fā)展方向瑪日耶姆·圖爾貢107551600545氣體傳感器的發(fā)展概況和發(fā)展方向【摘要】本文對氣體傳感器進(jìn)行分類，介紹了半導(dǎo)體型氣體傳感器、電阻型氣體傳感器、非電阻型氣體傳感器等幾種常見氣體傳感器的特性、總結(jié)了這些氣體傳感器的工作原理，并闡述這幾種氣體傳感器在日常生活及特殊場合中的應(yīng)用及其選用時的原則。探討了氣體檢測儀器在檢測對象、檢測范圍和檢測方式上向小型化、智能化、多功能化和通用化等方面不斷向前發(fā)展的方向?！娟P(guān)鍵詞】氣體傳感器；特性；應(yīng)用；發(fā)展方向一、前言目前，隨著人們環(huán)保意識的提高，環(huán)境問題日益受到政府和社會關(guān)注。環(huán)境問題變成了重要的民生問題，影響到人

2、民生活幸福感，甚至環(huán)境問題嚴(yán)重威脅群眾健康。近年來生態(tài)環(huán)境污染狀況日趨嚴(yán)重，各種工業(yè)廢水，廢氣直接排入水體及空氣，造成極為嚴(yán)重的環(huán)境污染。影響著人們的正常生活和生存發(fā)展，并導(dǎo)致環(huán)境污染的氣體進(jìn)行處理是十分急迫的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們生活水平的提高,對氣體傳感器的需求已有所不同;同時,隨著近年酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、環(huán)境污染等,嚴(yán)重影響了人類的健康和生存,這就給氣體傳感器提出了新的研究課題和增加了新的研究內(nèi)容和難度。檢測氣體的種類由原來的還原性氣體(H2、C4、H10、CH4等)擴(kuò)展到毒性氣體(CO、NO2、H2S、NO、NH3、PH3等)以及食品有關(guān)的氣體(魚、肉鮮

3、度(CH3)3、醋酸乙脂等)[1]。氣體傳感器作為氣體檢測最基礎(chǔ)的部分，為了滿足這些需求,氣體傳感器必須具有較高的靈敏度和選擇性,重復(fù)性和穩(wěn)定性要好,而且能批量生產(chǎn),性能價格要高等。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)以及各國對有毒氣體排放和污染物排放方面的嚴(yán)格立法，各種氣體傳感器正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，隨著生命科學(xué)、人工智能、材料科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，氣體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，在大氣監(jiān)測、食品工業(yè)、汽車尾氣快速實時測定、有毒氣體檢測安全檢查和航空航天等方面，越來越多地顯示出氣體傳感器的重要作用[2]。二、氣體傳感器的發(fā)展概況2.1氣體檢測儀氣體檢測儀是一種氣體泄露濃度檢測的儀器儀

4、表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測儀。主要利用氣體傳感器來檢測環(huán)境中存在的氣體種類。氣體檢測的目的是分析各種氣體混合物中各組分的含量或其中某一組分的含量。氣體檢測儀表一般由傳感器、信號放大、處理單元、顯示單元以及控制單元組成，其中傳感器是最關(guān)鍵的部分。2.2傳感器傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器按其基本效應(yīng)可分為：物理傳感器，化學(xué)傳感器，生物傳感器。按檢測對象，化學(xué)傳感器分為氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器。物理傳感器傳感器生物

5、傳感器氣體傳感器化學(xué)傳感器離子傳感器濕度傳感器2.2.1氣體傳感器氣體傳感器是整個氣體檢測系統(tǒng)的核心，一般安裝在探頭內(nèi)。探頭首先通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行處理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥和樣品抽吸等過程，然后通過傳感器將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計算機(jī)等利用的信息的裝置，氣體傳感器通常是用來檢測氣體的類別、濃度和成分。氣體傳感器的種類很多，分類方法也各不相同[2]。國外從30年代開始研究開發(fā)氣體傳感器,至今已經(jīng)走過了半個多世紀(jì),品種到達(dá)了數(shù)百種。過去研究開發(fā)的氣體傳感器主要用于家

6、庭中常用的煤氣、液化石油氣、天然氣以及礦井中的瓦斯氣體的檢測和報警,并取得了很大的成績,基本上滿足了市場的需要。進(jìn)入90年代,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們生活水平的提高,對氣體傳感器的需求已有所不同。2.2.2氣體傳感器分類按氣體傳感器的材料分，可分為半導(dǎo)體型和非半導(dǎo)體型。應(yīng)用廣泛的氣體傳感器有：半導(dǎo)體型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、電化學(xué)傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器，光學(xué)氣體傳感器等。1.半導(dǎo)體型氣體傳感器自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問世以來,半導(dǎo)體氣體傳感器由于具有靈敏度高、響應(yīng)時間快等優(yōu)點,其產(chǎn)品發(fā)展非常迅速,目前已成為世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的傳感器之一

7、。這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60％，根據(jù)其機(jī)理分為電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器和非電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器。1.1電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器是將氣體濃度的變化轉(zhuǎn)變成電阻值變化的一種傳感器。典型的電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器材料是：SnO2、ZnO、Fe2O3等，因為這些材料存在氣敏效應(yīng)，當(dāng)表面吸附某種氣體時會引起電導(dǎo)率的變化。電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器中應(yīng)用最廣泛的是SnO2氣敏元件，其工作原理是：SnO2和空氣中電子親和性大的氣體發(fā)生反應(yīng)，形成吸附氧束縛晶體中的電子，使器件處于高阻