气体传感器菜鸟知识1

上海翼捷工业安防技术有限公司传感器基础知识培训何为传感器传感器一般又称为一次仪表,是工业的眼睛,自动控制必不可少的元器件传感器定义:将自然界的物理量转换为可以检测的电量的元件传感器分类从传感器定义出发,就可以将传感器分为约八大类力敏热敏声敏气敏光敏磁敏化学敏感其它敏感问题:作为检测可燃气体的半导体传感器和催化燃烧式传感器属于哪种类型的传感器电化学传感器属于哪种类型的传感器传感器基本参数传感器性能衡量的主要参数分辨率灵敏度线性1重复性2迟滞3备注:传感器精度指1、2、3项的综合其它参数量程过载能力*响应时间使用寿命备注：响应时间对于气体检测传感器是一项非常重要的参数气体检测传感器分类气体传感器是一种可以检测气体分子，并产生电信号的传感器，所产生的电信号与气体浓度成增长关系根据检测技术不同，现在广泛使用于空气质量监测的是以下五种气体传感器半导体传感器（3）（固态传感器）催化传感器（1）电化学传感器（4）红外传感器（2）光电离传感器（5）问题：目前公司使用以上哪几种传感器半导体传感器简介半导体传感器起源半导体传感器全称是金属氧化物半导体传感器（MOS），1952年科学家发现金属氧化物表面在吸附气体之后电阻发生剧变，利用这一特性而制造出来的半导体传感器原理半导体传感器由一个金属氧化物构成（比如SnO2），在清洁的空气中，它的电导率很低，而遇到还原性气体（如CO或其它可燃气体）电导会增加。如果对温度进行控制，可以对物质具有一定的选择性。半导体传感器特点半导体传感器是个宽带检测装置，它可以检测ppm级也可以检测百分比浓度的气体半导体传感器检测气体种类相当广泛，从可燃到有毒，同时也包括其它方法极难检测到的卤代烃，在检测未知气体方面有着极大的优势半导体传感器有着极高的灵敏度由于半导体传感器在检测过程中没有物质消耗，因此半导体传感器有着极长的寿命，一般为3~5年，甚至10年以上半导体传感器的线性范围较窄，在线性范围之内，检测结果准确，而在线性范围之外，就只能确定“有”或者“无”，也就是只能做定性测量，无法提供准确的定量测量半导体传感器由于线性范围窄，多数情况是非线性的，输出处理上难度较大半导体传感器输出受湿度影响较大催化燃烧传感器简介催化燃烧传感器主要用来检测可燃气体，它们的使用有着50年以上的历史，主要由工作珠和参考珠组构成的一个惠斯登电桥，外形右图催化燃烧式传感器原理如果没有达到引燃温度，可燃气体混合物不会燃烧。然而，如果出现某种化学介质，这种气体可以在较低温度下燃烧或引燃，这种现象称为催化燃烧。利用这种原理制作而成的传感器称之为催化燃烧传感器。催化燃烧传感器一般采用铂作为催化物质，那是因为铂具有较大的温度传导系数，在500~1000℃其温度传导系数呈线性；铂具有良好的机械属性，它具有较高的物理强度，可以制作成丝，进一步制作成传感器金属珠，同时，铂具有良好的化学属性，耐腐蚀，能长时间在高温下不改变其物理属性，能够长期产生稳定的信号催化燃烧传感器可以看作是一个小型化的热量计，是一个惠斯登电桥的结构，工作珠及测量珠上的催化物质在整个工作过程不会被消耗，电路原理如下图所示催化传感器特点线性较好，催化传感器在测量可燃气体方面最大的优势就是其输出具有良好的线性，电路处理上方便，同时，线性范围宽，一般在整个LEL测量中均表现出良好的线性寿命相对较长，一般为2~3年，虽然在整个测量过程中，催化物质不会被消耗，但催化物质的活性会逐步降低催化传感器不适合测量较重或者长链的烷烃，特别是高闪点的物质，因为输出太小催化传感器的催化物质遇到某些物质时其活性会降低甚至失效，这就是常说的传感器被抑制或中毒。被抑制的传感器在洁净的空气中放置一段时间后催化物质会恢复其活性，传感器性能恢复，中毒则是永久性的损坏。一般含硅、硫、氯气或其它重金属会使传感器中毒，卤素化合物会引起传感器被抑制测量氯乙烯气体的可燃性应选用半导体传感器，还是催化燃烧式传感器为什么？用户要求测量天燃气体，输出标准的4~20mA的信号，应选用何种传感器？催化燃烧式传感器正常是否需要氧气？半导体传感器是否需要氧气？电化学传感器简介电化学传感器是通过与目标气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电流信号来工作。原理图如右图示。电化学传感器典型结构图电化学传感器工作原理典型的电化学传感器一般由三极组成，各极作用如下：传感电极：又称工作电极，主要是与目标气体发生反应，并产生信号参考电极：主要是提供稳定的参考电压，使传感器输出稳定反电极：又称计数电极、负电极，在此极上发生与传感电极相平衡的反应例：在测量CO和H2气体的传感器中传感电极发生如下反应：CO+H2o=CO2+2H++2e-H2=2H++2e-负极（计数极）对此反应进行平衡1/2O2+2H++2e-=H2O对上两式进行综合即为CO+1/2O2=CO2H2+1/2O2=H2O从前述反应式可以看出，在整个测量过程中，消耗的仅是目标气体、电能及氧气，不需要消耗电极，此类电化学传感器又称为非消耗型传感器，较之另一类消耗型传感器有着更长的寿命。有些物质的测量（如氨或HCN）在测量过程需要消耗电极2HCN+AU=HAU（CN）2+2H++2e-在测量过程中，需要消耗传感器电极材料金，电化学传感器的寿命这样传感器寿命与测量气体的浓度有着极大的关系，比如CITY公司的氨气传感器寿命是指在浓度为2ppm时寿命为一年，如果氨气的平均水平为4ppm则寿命只能是半年。电化学传感器工作压力由电化学传感器典型的结构图可知，目标气体通过微小的毛孔管与电极发生反应，然后是憎水屏，最终达到电极表面，采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质溶液流出传感器。一般情况，在电化学传感器工作的压力范围内，电化学传感器的输出与外界基本无关，但当压力超出范围后，会引起传感器内部损坏，从而引起电解质泄露，所以电化学传感器压力不能过大，一般的压力范围为80~120KPa(约1±0.2大气压）另一方面，虽然电化学传感器的输出与压力基本无关，但如果是压力脉冲，则可能短时间输出很大的信号（当压力平稳后又恢复正常），在使用过程应尽量避免经常性的压力脉冲，这样电化学传感器可能工作不正常。电化学传感器的交叉反应在电化学传感器前方一般安装有洗涤式过滤器，每种过滤器选择范围有限，同时也有不同的效率度数，多数采用活性碳如下图过滤膜可以阻止大多数非目标气体，但并不能阻止所有非目标气体通过，因此，电化学传感器对不同气体会交叉反应，视具体的传感器而定，下面是CO传感器的交叉反应表电化学传感器特点电化学传感器具有极好的线性电化学传感器具有良好的重复性电化学传感器良好的选择性（对目标气体的选择，当然，它对其它一些气体也会有反应，试气体类型而定，这就是常说的交叉反应）极低的功耗，由于电化学传感器相当于一个电池，基本不消耗外界电源电化学传感器受温度影响较大电化学传感器分辨率高，多数用于检测ppm级气体在化肥厂需要测量氨气的浓度，是否可以采用氨气电化学传感器？CO传感器在有汽油泄露的环境下是否会产生报警？H2传感器是否可以使用在无氧气的环境下（电化学传感器使用时是否有背景气体要求）？