氣體傳感器綜述.doc

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1、光纖氣體傳感器綜述摘要綜述了氣體傳感器的基木種類，論述了國(guó)內(nèi)外各類氣體傳感器的T作原理、特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r。關(guān)鍵詞傳感器檢測(cè)氣體光纖傳感器是將某種信號(hào)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種信號(hào)的器件和裝置。傳感技術(shù)是獲取信息的工具。這是一項(xiàng)迅速發(fā)展的高技術(shù)，是構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的主要技術(shù)是檢測(cè)原理、材料科學(xué)、工藝加工三耍素的最佳結(jié)合。在發(fā)達(dá)國(guó)家，傳感技術(shù)被列為核心技術(shù)氣體傳感器是一種把氣體屮的特定成分檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，人們很早就開始了氣體傳感器的研究，將其用來(lái)對(duì)有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)易爆、易燃?xì)怏w的安全報(bào)警。對(duì)人類生產(chǎn)生活屮所需了解的氣體進(jìn)行檢測(cè)、分析研究等

2、，使得它在工業(yè)生產(chǎn)和口常生活中起到耳目的作用。光纖傳感技術(shù)是一項(xiàng)正在發(fā)展屮的具有廣闊前景的新型高技術(shù)。由于光纖本身在傳遞信息過(guò)程屮具有許多特有的性質(zhì)，如光纖傳輸信息時(shí)能童損耗很小，給遠(yuǎn)距離遙測(cè)帶來(lái)很大方便。光纖材料性能穩(wěn)定，不受電磁場(chǎng)干擾，在高溫、高壓、低溫、強(qiáng)腐蝕等惡劣環(huán)境下保持不變.所以光纖傳感器從問(wèn)世到如今，一直都在飛速發(fā)展。各種新思路、新結(jié)構(gòu)、新工藝的光纖傳感器，如雨后春筍，不勝枚舉。這里我們僅就光纖氣體傳感器進(jìn)行討論。1氣體傳感器現(xiàn)狀有關(guān)資料表明，1992年屮國(guó)的氣體傳感器產(chǎn)量為50萬(wàn)，而1990年、1991年分別為200萬(wàn)和近400萬(wàn),世界的

3、氣體傳感器需求量也逐年增加。氣體傳感器是利用被測(cè)氣體的物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)檢測(cè)氣體的，分為物理性和化學(xué)性兩種。物理性的傳感器是通過(guò)電流、電導(dǎo)、光的折射率等物理量的變化來(lái)檢測(cè)的；而化學(xué)性傳感器是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反映引起物理量的變化來(lái)檢測(cè)的。2氣體傳感器分類2.1半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣敏元件同氣體接觸，使半導(dǎo)體性質(zhì)變化，以此來(lái)檢測(cè)特定氣體的成分或濃度。優(yōu)點(diǎn)是在低濃度區(qū)（300）仍對(duì)可燃性氣體和某些毒性氣體（甲烷）有較高靈敏度；體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成木低，使用方便"。2.1.1電導(dǎo)式傳感器傳感器保持一定溫度，當(dāng)被測(cè)氣體接觸傳感元件示，在傳感元件表

4、血形成吸附，使其電導(dǎo)率發(fā)生變化。被測(cè)氣體濃度與傳感元件的電阻值Z間有一定的關(guān)系，因此可對(duì)氣體濃度加以探測(cè)。此類傳感器主要用來(lái)對(duì)可燃性氣體濃度和低濃度毒氣的檢測(cè)，高濃度范陽(yáng)內(nèi)測(cè)量精度不高，受周用環(huán)境影響大。2.1.2熱導(dǎo)式傳感器傳感元件（金屬氧化物）吸附氣體后，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率變化，致使元件溫度變化，由此檢測(cè)氣體濃度。穩(wěn)定性好，通常組成惠斯登電橋來(lái)檢測(cè)⑵。2.1.3氧化錫氣體傳感器氧化錫摻雜不同，則可檢測(cè)不同氣體。利用氧化錫燒結(jié)體吸附還原性氣體時(shí)電阻值減小的特性，可檢測(cè)還原氣體是否存在，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)可燃性氣體（如CH4,CO等）的漏氣報(bào)警。2.1.4氧化鋅氣體

5、傳感器ZnO一種研究時(shí)間較長(zhǎng)、丿應(yīng)用水平較高的半導(dǎo)體氧化物氣敏材料。一維ZnO納米材料由于具有人的比表面積和穩(wěn)定的單晶結(jié)構(gòu)能夠顯著改善傳統(tǒng)敏感材料的靈敏度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。然而納氷線的靈敏度還不夠高，選擇性還需要改善。因此，采用尺寸小、粒徑分布均勻、單分散的貴金屈最了點(diǎn)修飾ZnO納米線，有效地提高了氧化鋅氣體傳感器的靈敏度和選擇性，更好地發(fā)揮了貴金屬的催化作用戲。2.1.5氧化鐵氣體傳感器它是近兒年發(fā)展起來(lái)的新型傳感器。由于不用催化劑，故檢測(cè)靈敏度有所提高。2.2電化學(xué)式氣體傳感器2.2.1定電位電解傳感器通過(guò)隔膜將擴(kuò)散吸收劑電解液屮的被測(cè)氣體電解，以此來(lái)檢

6、測(cè)氣體濃度。電解作用是在外部加了特定電位的電極表面上進(jìn)行的，只要測(cè)定加在電極上的電位，即可測(cè)得被測(cè)氣體特有的電解電位，根據(jù)電解電位不同，使傳感器只有一定程度的選擇性。缺點(diǎn)是電極表面易污染，電解液不好保持通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣體的電解電流來(lái)測(cè)量氣體濃度。2.3紅外氣體傳感器被測(cè)氣體與傳感器直接接觸麻，吸收紅外線的特定波長(zhǎng)，用紅外檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)氣體濃度。測(cè)量吸收光譜，可知?dú)怏w類型;測(cè)吸收強(qiáng)度，即可知?dú)怏w濃度。精度高，選擇性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2.4固體電解質(zhì)氣體傳感器利用固體電解質(zhì)的氧離了導(dǎo)電特性，當(dāng)元件兩側(cè)的氧濃度不同時(shí)，形成濃差電池電動(dòng)勢(shì)不同。主要用來(lái)分析氣體中氧的濃

7、度。2.5燃燒式氣體傳感器利用氣體成分的反應(yīng)性，如催化燃燒可燃?xì)怏w傳感器。可燃?xì)怏w在元件表血，燃燒時(shí)溫度升高而引起伯絲電阻發(fā)生變化，測(cè)出可燃?xì)怏w的濃度。2.6MOS場(chǎng)效應(yīng)管傳感器例如在把一MOS場(chǎng)效應(yīng)管中，漏極電流I。流過(guò)時(shí)的最小臨界電壓值隨空氣屮所含氫氣濃度的增高而降低。利用這一特性可檢測(cè)氫氣。缺點(diǎn)是氣體響丿M特性受溫度限制，且長(zhǎng)期穩(wěn)定性差。2.7光波導(dǎo)式氣體傳感器張貴徳等人的光波導(dǎo)氣體傳感器主要是由表面均勻覆蓋一層固體染料膜的毛細(xì)波導(dǎo)管組成。當(dāng)氣體接觸到染料膜時(shí)，它從一種顏色變化到另一種顏色，并伴隨有膜的折射率和光吸收系數(shù)的變化。當(dāng)光通過(guò)波導(dǎo)時(shí)，光的

8、損耗則與待測(cè)氣體濃度有關(guān)，從而測(cè)得氣體濃度。波導(dǎo)的透射光強(qiáng)只與染料膜的狀態(tài)變化有