深度解讀各種氣體感測器在三大領域的廣泛應用！

作為一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器，氣體感測器的用途十分廣泛。現在，在市場上，有多種多樣的氣體感測器類型，如一氧化碳感測器、氫氣感測器等，它們的應用也十分地廣泛。綜合來看，各類氣體感測器在民用、工業、環境檢測等方面都有著廣泛的應用。

民用領域的氣體感測器應用

目前，民用領域是半導體金屬氧化物氣體感測器的主要應用領域。這主要是因為半導體金屬氧化物氣體感測器的價格便宜，性能也能滿足家庭報警器的要求。

具體來說的話，氣體感測器在民用領域的應用主要體現在：廚房裡，檢測天然氣、液化石油氣和城市煤氣等民用燃氣的泄漏，通過檢測微波爐中食物烹調時產生的氣體，從而自動控制微波爐烹調食物；住房、大樓、會議室和公共娛樂場所用二氧化碳感測器、煙霧感測器、臭氧感測等，控制空氣凈化器或電風扇的自動運轉；在一些高層建築物中，氣體感測器還可以用於檢測火災苗頭並報警。

工業應用中的氣體感測器

如今，在工業領域，氣體感測器主要應用在石化工業中。一些二氧化碳感測器、氨氣感測器、一氧化氮感測器等都能用在檢測二氧化碳、氨氣、氯氣等有害氣體的具體應用中。另外，可用來檢測半導體和微電子工業的有機溶劑和磷烷等劇毒氣體；電力工業方面，氫氣感測器能夠檢測電力變壓器油變質過程中產生的氫氣；而在食品行業，氣體感測器也可以檢測肉類等易腐敗食物的新鮮度；在汽車和窯爐工業檢測廢氣中氧氣，公路交通檢測駕駛員呼氣中乙醇氣濃度等方面，也有著廣泛的需求。

隨著石油化學工業的發展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應用範圍都得到了增加。這些氣體在生產、運輸、使用過程中一旦發生泄漏，將會引發中毒、火災甚至爆炸事故，嚴重危害人民的生命和財產安全。

由於氣體本身存在的擴散性，發生泄漏之後，在外部風力和內部濃度梯度的作用下，氣體會沿地表面擴散，在事故現場形成燃燒爆炸或毒害危險區，擴大危害區域。

及時可靠地探測空氣中某些氣體的含量，採取有效措施進行補救，採取正確的處置方法，減少泄漏引發的事故，是避免造成重大財產和人員傷亡的必要條件，這就對氣體的檢測和監測設備提出了較高的要求。

作為一種重要的氣體探測器，氣體感測器近年來得到了很大的發展。氣體感測器的發展使得其應用越來越廣泛。

環境監測領域

當然，涉及到最為貼近生活的環境監測領域，自然也離不開氣體感測器。例如，用感測器檢測氮的氧化物、硫的氧化物、氯化氫等引起酸雨的氣體；二氧化碳感測器、臭氧感測器、氟里昂等檢測溫室效應氣體等；空氣質量檢測的激光PM2.5感測器等。相信，在未來，經過對氣體感測器的進一步改造，其應用的範圍會越來越廣泛，我們也將在更未來經過對感測器的進一步改造與創新，其應用的範圍會越來越廣泛。我們將在更多的場合見到氣體感測器的應用。

氣體感測器在民用、工業、環境檢測等方面都有著廣泛的應用。下面來跟小編一起來解讀下氣體感測器分類及如何使用？

一、氣體感測器介紹

按所用氣敏材料及氣敏特性不同，可分為半導氣體感測器、固體電解質氣體感測器、接觸燃燒式氣體感測器、電化學氣體感測器、紅外氣體感測器等。

1.1半導體氣體感測器

這種感測器主要使用半導體氣敏材料。自從1962年半導體金屬氧化物氣體感測器問世以來，由於具有靈敏度高、響應快等優點，得到了廣泛的應用，目前已成為世界上產量最大、使用最廣的感測器之一。

按照檢測氣敏特徵量方式不同分為電阻式和非電阻式兩種。

電阻式半導體氣體感測器是通過檢測氣敏元件隨氣體含量的變化情況而工作的。主要使用金屬氧化物陶瓷氣敏材料。

非電阻式半導體氣體感測器是利用氣敏元件的電流或電壓隨氣體含量而變化的原理工作的。主要有MOS二極體式和結型二極體式，以及場效應管式氣體感測器。檢測氣體大多為氫氣、硅烷等可燃氣體。

1.2固體電解質氣體感測器

固體電解質氣體感測器使用固體電解質氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時產生離子，從而形成電動勢，測量電動勢從而測量氣體濃度。

由於這種感測器電導率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應用，幾乎打入了石化、環保、礦業等各個領域，僅次於金屬氧化物半導體氣體感測器。

1.3接觸燃燒式氣體感測器

可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發生變化，測量電阻變化從而測量氣體濃度。這種感測器只能測量可燃氣體，對不燃性氣體不敏感。

接觸燃燒式氣體感測器在環境溫度下非常穩定，並能對爆炸下限的絕大多數可燃性氣體進行檢測，普遍應用於石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監測和報警。

1.4電化學氣體感測器

它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。

電化學氣體感測器分很多子類：

1)原電池型氣體感測器(也稱：加伏尼電池型氣體感測器，也有稱燃料電池型氣體感測器，也有稱自發電池型氣體感測器)，他們的原理行同我們用的乾電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。

2)恆定電位電解池型氣體感測器，這種感測器用於檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型感測器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的感測器。這種感測器已經成功地用於：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流感測器。

3)濃差電池型氣體感測器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種感測器的成功實例就是汽車用氧氣感測器、固體電解質型二氧化碳感測器。

4)極限電流型氣體感測器，有一種測量氧氣濃度的感測器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關的原理製備氧(氣)濃度感測器，用於汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。

1.5紅外氣體感測器

大部分的氣體在中紅外區都有特徵吸收峰，檢測特徵吸收峰位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。

這種感測器過去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨著以MEMS技術為基礎的感測器工業的發展，這種感測器的體積已經由10升、45公斤的巨無霸，減小到2毫升(拇指大小)左右。使用無需調製光源的紅外探測器使得儀器完全沒有機械運動部件，完全實現免維護化。

紅外線氣體感測器可以有效地分辨氣體的種類，準確測定氣體濃度。

這種感測器成功的用於：二氧化碳、甲烷的檢測。

二、怎樣使用氣體檢測儀的感測器才是正確的呢？

1.根據氣體檢測儀的測量對象與氣體檢測儀的測量環境確定感測器的類型

要用氣體檢測儀進行—個具體的測量工作，首先要考慮氣體檢測儀採用何種原理的感測器，這需要分析多方面的因素之後才能確定。因為，即使氣體檢測儀是測量同一物理量，也有多種原理的感測器可供選用，哪一種原理的氣體檢測儀感測器更為合適，則需要根據被測量的特點和氣體檢測儀感測器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對感測器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量;氣體檢測儀的感測器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研製。在考慮上述問題之後就能確定選用何種類型的感測器，然後可燃性氣體檢測儀再考慮感測器的具體性能指標。

2.靈敏度的選擇

通常，在感測器的線性範圍內，希望感測器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利於信號處理。但要注意的是，感測器的靈敏度高，與被測量無關的外界雜訊也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求感測器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。

感測器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的感測器；如果被測量是多維向量，則要求感測器的交叉靈敏度越小越好。

3.頻率響應特性

氣體檢測儀的感測器的頻率響應特性決定了被測量的頻率範圍，必須在允許頻率範圍內保持不失真的測量條件，實際上感測器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。

感測器的頻率響應高，可測的信號頻率範圍就寬，而由於受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的感測器可測信號的頻率較低。

在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。

4.線性範圍

感測器的線形範圍是指輸出與輸入成正比的範圍。以理論上講，在此範圍內，靈敏度保持定值。感測器的線性範圍越寬，則其量程越大，並且能保證一定的測量精度。在選擇感測器時，當感測器的種類確定以後首先要看其量程是否滿足要求。

但實際上，任何感測器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的範圍內，可將非線性誤差較小的感測器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

5.穩定性

感測器使用一段時間後，其性能保持不變化的能力稱為穩定性。影響感測器長期穩定性的因素除感測器本身結構外，主要是感測器的使用環境。因此，要使感測器具有良好的穩定性，感測器必須要有較強的環境適應能力。

在選擇氣體檢測儀感測器之前，應對其使用環境進行調查，並根據氣體檢測儀檢測的具體的使用環境選擇合適的感測器，或採取適當的措施，減小環境的影響。

氣體檢測儀的感測器的穩定性有定量指標，在超過氣體檢測儀的感測器的使用期後，在使用前應重新進行標定，以確定感測器的性能是否發生變化。

在某些要求感測器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的感測器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

6.精度

精度是感測器的一個重要的性能指標，它是關係到整個測量系統測量精度的一個重要環節。感測器的精度越高，其價格越昂貴，因此，感測器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多感測器中選擇比較便宜和簡單的感測器。

如果氣體檢測儀的測量目的是定性分析的，選用重複精度高的氣體檢測儀的感測器即可，氣體檢測儀感測器不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了氣體檢測儀的定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的感測器。

結語

通過以上的內容我們知道，不同種類的氣體感測器在生活、環境監測、工業三方面的應用以及作用也不盡相同。隨著科學技術的不斷發展，不同種類的感測器的應用領域以及作用範圍會更加的廣闊。

目前，國內外對新的氣敏材料和氣體感測器的研究非常活躍，其主要研究和發展方向主要集中在以下幾點：

首先，開發新的氣敏材料。主要措施是在傳統的半導體氣敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中摻雜一些元素，目前有很多這方面的研究報道；其次是研製和開發複合型和混合型半導體氣敏材料和高分子氣敏材料，使這些材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩定性。

另外，開發新的氣體感測器，應用新材料、新工藝和新技術，對氣體感測器的機理做進一步研究，使感測器更加微型化和多功能化，並具有性能穩定、使用方便、價格低廉等特點，進一步採用計算機技術實現氣體感測器的智能化。

總而言之，氣體感測器在市場上佔有很大的比重，根據其不同的功能在各領域都有很大的作用。未來經過對感測器的進一步改造與創新，其應用的範圍會越來越廣泛。我們將在更多的場合見到氣體感測器的應用。

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