一氧化碳傳感器的檢測原理

目前檢測一氧化碳的傳感器按檢測原理主要分為半導(dǎo)體型、電化學(xué)型和紅外型，其主要工作原理及優(yōu)缺點分析如下：

1、半導(dǎo)體型

（1）工作原理及特性曲線

半導(dǎo)體傳感器對氣體的敏感度取決于敏感元件被加熱的溫度。對一氧化碳的檢測而言，敏感元件被加熱的##溫度為100“C以下。這個溫度遠低于對其他氣體（如丁烷、甲烷、氫氣、乙醇蒸汽等）的檢測溫度。可是，在如此低的溫度下，一氧化碳的響應(yīng)速度下降，而且其敏感特性很容易受大氣中的水蒸氣的影響。

為了解決這個問題，敏感元件采用從高溫到低溫交替加熱，在高溫期間，水蒸氣和其他混雜的氣體被從敏感元件表面清除，在低溫期間，敏感單元可以很好的檢測一氧化碳，且具有優(yōu)良的靈敏度和再現(xiàn)性。

圖1為靈敏度特性曲線，可見一氧化碳的靈敏特性很高。（圖中的Ro=空氣中含100ppm一氧化碳氣氛下的傳感器電阻值。

（2）氣體響應(yīng)時間

根據(jù)傳感器的檢測原理，對其表面素子的加熱方式一般是采用脈沖方式，所以傳感器氣體響應(yīng)時間較長。

圖2為傳感器分別放置在70、150和400ppm的CO中。然后取出放置在正?？諝庵械妮敵?a target="_blank">信號模型，其輸出信號達到90％飽和水平的響應(yīng)時間大約為3．3min，恢復(fù)到90％基本水平的時間在10min之內(nèi)。

2、電化學(xué)型

（1）工作原理及特性曲線

電化學(xué)型氣體傳感器的檢測原理如圖3所示。

當(dāng)電解槽的正負電極上施加一個固定電壓后，在作用極和對極上分別發(fā)生反應(yīng)，以一氧化碳傳感器為例，其化學(xué)反應(yīng)式為：

總反應(yīng)是一氧化碳被氧化成二氧化碳，電子流動形成外部電流，電荷平衡則是電解液中的載流子流動來完成。

電化學(xué)式氣體傳感器的最大特點是：電流與一氧化碳濃度完全成正比，輸出信號與氣體濃度呈良好的線性關(guān)系，所以信號處理和顯示非常方便。另一個特點是，因為是常溫反應(yīng)，不需要加熱器，所以，電極間電壓可以使用干電池，不需要市電，而且便于攜帶式一氧化碳報警器。

當(dāng)然，從檢測原理就可以明顯看出，電化學(xué)式傳感器的氣體選擇性非常高，可以大大降低干擾氣體的影響。電化學(xué)式一氧化碳傳感器的靈敏度特性如圖4所示。

在電化學(xué)式氣體傳感器中還有凝膠電化學(xué)式和原電池式傳感器，在燃氣報警中使用較少，不再細講。

3、紅外式傳感器

紅外式傳感器的檢測原理是：由2種不同原子構(gòu)成的分子都有所謂偶極矩（偶極長和偶極上一端電荷電量的乘積），當(dāng)氣體上照射了紅外光后，就會吸收由該氣體分子結(jié)構(gòu)決定了的特定波長的光。

從吸收光譜的吸收波長可以判定氣體的種類，從吸收的強度可以測定該氣體的濃度。這種傳感器靈敏度、選擇性、特別是精度非常高，常用于儀表，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，很少用在報警器上。