一文讀懂氣體傳感器的分類原理

氣體傳感器是氣體檢測儀的核心部件，它能將氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。常見的氣體傳感器有催化燃燒式、半導(dǎo)體式、紅外式、光致電離（PID）式和電化學(xué)式等幾種。下面分別介紹一下不同分類的工作原理。

1、催化燃燒式氣體傳感器

催化燃式氣體傳感器是目前最常用的一種低成本可燃?xì)怏w傳感器。它的內(nèi)部有一對很小的由鉑絲線圈包以陶瓷基料制成的“珠”，其中一個是作為檢測元件的敏感”珠”，它的表面覆有一層催化劑，會與所有存在的可燃?xì)怏w反應(yīng)。另一個則是不會與任何氣體反應(yīng)的情性“珠”，它只是作為外部溫度或濕度變化的補(bǔ)償元件。

正常工作時，鉑絲線圈通電加熱至450℃~500℃高溫，當(dāng)接觸到可燃?xì)怏w后，檢測元件表面發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，溫度升高，其內(nèi)部鉑絲電阻也相應(yīng)升高，通過惠斯通電橋可以精確測量檢測元件的阻值變化，從而計算出檢測氣體的濃度。

2、半導(dǎo)體式氣體傳感器

半導(dǎo)體式氣體傳感器常用于探測低濃度的可燃及有毒氣體。它的氣敏元件是一層沉積在硅片上的金屬氧化物薄膜。檢測氣體接觸到金屬氧化物后，會吸附在其表面上，使金屬氧化物的電阻發(fā)生變化，并且這種阻值變化與氣體濃度的變化相關(guān)。通常半導(dǎo)體傳感器的表面被加熱到200℃~250℃之間的一個恒定溫度，以增加反應(yīng)速率，降低環(huán)境溫度變化帶來的影響。

3、紅外氣體傳感器

紅外氣體傳感器主要用于檢測可燃性氣體和二氧化碳?xì)怏w。它與催化燃燒式氣體傳感器相比，具有穩(wěn)定性更好、準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強(qiáng)、無中毒、適用于惡劣環(huán)境、維護(hù)少、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，通常被視為檢測可燃?xì)怏w的高端產(chǎn)品；由于價格原因，應(yīng)用不及催化燃燒式氣體傳感器廣泛，但隨著紅外傳感器制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，兩者之間的價格差距在縮小，目前紅外氣體傳感器有逐步替換催化燃燒式傳感器，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速升級換代的趨勢。常見的紅外氣體傳感器有點(diǎn)型和開路式兩種。

點(diǎn)型紅外氣體傳感器由紅外源、光學(xué)聚焦鏡、采樣氣室和熱釋電傳感器組成。紅外源發(fā)出的紅外光通過采樣氣室時，特定波長的紅外線被氣室中的檢測氣體吸收，比較被吸收的紅外光強(qiáng)度和參考紅外光強(qiáng)度，可以得到檢測氣體的濃度。

開路式紅外氣體傳感器由發(fā)射端和接收端組成，必須成對安裝。發(fā)射端發(fā)出一束紅外線到接收端，當(dāng)存在檢測氣體時，光束中特定波長的紅外線被氣體吸收，比較接收端被吸收的紅外光強(qiáng)度和參考紅外光強(qiáng)度就可以得出檢測氣體濃度。開路式紅外氣體探測器的測量單位為LEL.m，即光路中整體氣體濃度乘以距離。

4、PID式氣體傳感器

光致電離（Photo Ionization Detector，簡稱PID）型氣體傳感器可以檢測到極低濃度（濃度為ppm，甚至ppb級別）的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和其它有毒氣體的濃度。PID型氣體傳感器采用光離子電離氣體的原理檢測氣體。它使用一個紫外燈（UV）光源將有機(jī)物打成可被檢測器檢測到的正負(fù)離子（離子化），探測器檢測到離子化的氣體電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號，電流經(jīng)過放大運(yùn)算后，顯示為氣體的ppm濃度值。檢測后，離子會重新還原為原來的氣體或蒸汽，PID傳感器是一種非破環(huán)性傳感器，它不會“燃燒”或永久性改變待測氣體，這樣一來，經(jīng)過PID檢測的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測定。

5、電化學(xué)式氣體傳感器

電化學(xué)式氣體傳感器（Electrochemical gas sensor）在有毒、有害氣體的檢測上具有不可取代的地位。電化學(xué)式氣體傳感器由電解質(zhì)、電極、過濾器組成。通過選適當(dāng)?shù)碾妷?、電解質(zhì)和電極材料，被測氣體在電極表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生微電流，此電流與氣體濃度成正比，對電流進(jìn)行分析處理就能得到被測氣體的濃度。


審核編輯：湯梓紅