基本信息

气体传感器是一种将某些气体积分转换为相应电信号的转换器。探测器通过气体传感器调节气体样品，通常包括过滤杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪器显示部分。

气体传感器是一种将气体成分、浓度等信息转换为人员、仪器、计算机等信息的装置！气体传感器通常被归类为化学传感器，尽管这种分类不一定是科学的。

"气体传感器"包括：半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器、固体电解质气体传感器等。

特性

气体传感器是化学传感器的一大类。从工作原理出发.从特征分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以形成独立的分类标准，衍生出复杂的分类体系。特别是目前，分类标准问题尚未统一，因此很难对其进行严格的系统分类。接下来，了解气体传感器的主要特性：

1、稳定性

稳定性是指传感器在整个工作时间内的基本响应的稳定性，这取决于零漂移和间隔漂移。零漂移是指传感器输出响应在整个工作时间内的变化，没有目标气体。间隔漂移是指传感器在目标气体中连续放置的输出响应变化，表明在工作时间内传感器输出信号降低。理想情况下，在连续工作条件下，传感器每年的零漂移量小于10%。

2、灵敏度

灵敏度是指传感器输出变化与测量输入变化之比，主要取决于传感器结构中使用的技术。大多数气体传感器的设计原理是生物化学.电化学.物理和光学。首先要考虑的是选择一种限制目标气体阀门的阀限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的检测要有足够的灵敏度。

3、选择性

选择性也称为交叉灵敏度。它可以通过测量传感器反应来确定，传感器反应是由一定浓度的干扰气体产生的。这种反应相当于一定浓度的目标气体产生的传感器反应。这一特性对于跟踪多种气体的应用非常重要，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性。理想的传感器应具有高灵敏度和高选择性。

4、抗腐蚀性

耐腐蚀性是指传感器暴露在高体积分数目标气体中的能力。当气体大量泄漏时，探头应能承受预期气体积分的10~20倍。在正常工作条件下，传感器漂移和零校正值应尽可能小。

气体传感器的基本特征，即灵敏度.材料的选择主要决定选择性和稳定性。选择合适的材料，开发新的材料，使气体传感器的敏感特性达到最佳。

如何选择气体传感器

1、根据测量对象和测量环境

根据测量对象和测量环境确定传感器的类型。要进行一个特定的测量工作，首先要考虑使用什么样的传感器原理，这需要在确定之前分析各种因素。因为即使测量相同的物理量，也有多种原理的传感器可供选择。根据测量的特点和传感器的使用条件，需要考虑以下具体问题：测量范围的大小；测量位置对传感器体积的要求；测量方法为接触式或非接触式；信号导出方法、有线或非接触式测量；传感器的来源、国产或进口、价格是否可以承受或自行开发。在考虑上述问题后，可以确定要选择哪种类型的传感器，然后考虑传感器的具体性能指标。

2、灵敏度的选择

一般来说，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有当灵敏度较高时，与测量变化相对应的输出信号的值才相对较大，这有利于信号处理。但是，需要注意的是，传感器的灵敏度较高，与测量无关的外部噪声容易混合，并且会被放大系统放大，影响测量精度。因此，传感器本身需要具有较高的信噪比，以尽量减少从外部世界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是方向性的。当测量为单向量对其方向性要求较高时，应选择其他方向灵敏度较低的传感器；如果测量为多维向量，传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、响应特性(反应时间)

传感器的频率响应特性决定了测量的频率范围。测量条件必须在允许的频率范围内保持不失真。事实上，传感器的响应总是有一定的延迟。我希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应较高，可测信号的频率范围较宽。由于结构特性的影响，机械系统的惯性较大，低频传感器的可测信号频率较低。在动态测量中，应根据信号的特性（稳态、瞬态、随机等）进行响应，以避免过度误差。

4、线性范围

传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。从理论上讲，灵敏度在这个范围内保持一定的值。传感器的线性范围越宽，测量范围越大，测量精度越高。在选择传感器时，当确定传感器的类型时，首先取决于其测量范围是否符合要求。但事实上，任何传感器都不能保证绝对线性，其线性度也是相对的。当要求的测量精度相对较低时，非线性误差较小的传感器可以在一定范围内近似为线性，这将给测量带来极大的便利。

优缺点

优点：

红外气体传感器和仪器应用广泛，适合监测几乎所有类型的气体。它具有精度高、选择性好、可靠性高、无中毒、不依赖氧气、环境干扰因素小、使用寿命长等优点。并逐渐成为未来市场的主流。

缺点：

由于处于起步阶段，技术壁垒高，市场占有率低，规模化生产程度低，成本高，基本在几千元左右。

气体传感器的分类

半导气体传感器

气体传感器中这类传感器约占60%，根据其机理分为电导型和非电导型，电导型分为表面型和体积控制型。

（1）SnO半导体是典型的表面气敏元件，其传感原理是SnO2是n型半导体材料。施加电压时，半导体材料的温度升高，吸附的氧气接受半导体中的电子，形成电压O2或O2原性气体H2、CO、CH4存在时，半导体表面电阻降低，电导上升，电导变化与气体浓度成比例。NiO对于p型半导体，氧化气体降低电导率，对O2敏感。ZnO这类类型也属于半导体传感器。

a.电导传感器元件分为表面敏感型和体积控制型，表面敏感传感材料为SnO2+Pd 、ZnO十Pt 、AgO、V2O5 、金属酞青、Pt —SnO2。表面敏感气体传感器可以检测到各种可燃性气体CO、NO2、 氟利昂。Pt—SnO2气体传感器可以检测气体是可燃气体CO、H2、CH4。

b.体积控制传感材料为Fe2O8和TiO2、CO-MgO —SnO2体传感器可检测气体为各种可燃性气体CO、NO2、氟利昂，传感材料Pt —SnO2。

(2)体积控制类型是由晶格缺陷变化引起的电导率变化，电导率变化与气体浓度成比例关系。

Fe2O8、TiO2属于这种类型，对可燃气体敏感。

(3)热线性传感器是一种利用热导率变化的半导体传感器，又称热线性半导体传感器Pt应用于丝线圈SnO2层，Pt除了加热外，丝绸还具有检测温度变化的功能。当施加电压时，半导体会变热，表面吸氧会降低自由电子浓度。当存在可燃气体时，导热率随着自由电子浓度的增加而增加，导热率随着自由电子浓度的增加而增加，散热率也随之增加Pt丝温降低，电阻降低，Pt丝阻值变化与气体浓度呈线性关系。

这种传感器体积小.稳定.抗毒性，可检测低浓度气体，在可燃气体检测中起着重要作用。

(4)非电导型FET晶体管气体传感器的现场效应，Pd—FET。晶体管传感器的现场效应，Pd吸收Hz并扩散到半导体Si和Pd减少界面Pd功函，这种对H2、CO敏感。非电导型FET晶体管气体传感器体积小，易于集成，多功能，是一种有前途的气体传感器。

固体电解质气体传感器

这种传感器元件是离子到固体电解质隔膜传导，称为电化学池，分为阳离子传导和阴离子传导，是一种选择性强的传感器，研究更实用的是氧化锆固体电解质传感器，其机理是使用两侧电池之间的电位差等于厚差电池的电位。稳定的氧化铬固体电解质传感器已成功应用于钢水中的氧气测量和发动机空燃比测量。

为了弥补固体电解质导电性的不足，近年来在固体电解质上镀上了一层气敏膜，将周围环境中存在的气体分子数量与介质中可移动的颗粒数量联系起来。

接触燃烧气体传感器

接触式燃烧传感器适用于可燃气体H2、CO、CH4测试。可燃气体接触表面催化剂

Pt 、Pd 时燃烧、破热，燃烧热与气体丰富有关。这种传感器的应用范围很广.体积小.结构简单.稳定性好，缺点是选择性差。

电化学气体传感器

气体传感器常用的电化学方式有两种：

(1)恒电位电解传感器

通过流经的电解电流，测量被测气体在特定电场下的电离气体浓度。该传感器具有较高的灵敏度，可选择改变电位，对有毒气体的检测起着重要作用。

(2)原电池式气体传感器

在KOH电解质溶液，Pt—Pb或Ag—Pb电极形成电池，已成功用于检测O2、灵敏度高，缺点是透水逸散吸湿，电极易中毒。

光学气体传感器

(1)直接吸收气体传感器

红外气体传感器是一种典型的吸收光学气体传感器。气体成分根据气体的固有光谱吸收谱进行检测，非分散红外吸收光谱检测气体成分SO2、CO、CO2、NO气体具有较高的灵敏度。

另外紫外吸收.紫外线吸收不分散.相关分光.二次导数.自调制光吸收法对NO、NO2、SO2、烃类( CH4) 等气体具有较高的灵敏度。

(2)光反应气体传感器

光反应气体传感器利用光学特性的变化，如气体反应产生的颜色变化，导致光强吸收。传感元件是理想的，但气体光感的变化是有限的，传感器的自由度很小。

(3)具有气体光学特性的新传感器

光导纤维温度传感器就是这种类型，光纤顶部涂有催化剂和气体反应.加热。温度变化，导致光纤温度变化。光纤测温已达到实用程度，气体检测也成功。

此外，利用其他物理变化测量气体成分的传感器正在不断发展，例如声波表面波传感器检测SO2、NO2、H2S、NH3、H2 等气体也具有较高的灵敏度。

选用技巧

有害气体检测气体传感器的主要作用，有害气体检测有两个目的，第一是测爆，第二是测毒。所谓爆炸检测是检测危险场所可燃气体含量，报警超标，避免爆炸事故；毒品检测是检测危险场所有毒气体含量，报警超标，避免工作人员中毒。

有害气体有三种情况：一是无毒或低毒可燃，二是不燃有毒，三是可燃有毒。鉴于这三种不同的情况，我们通常需要选择不同的气体传感器来选择传感器。例如，选择可燃气体检测报警器进行爆炸检测，选择有毒气体检测报警器进行毒品检测。其次，我们需要选择气体传感器的类型，通常是固定的和便携的。固定气体传感器用于生产或储存岗位的长期泄漏检测；便携式气体传感器用于其他图像维护检测、应急检测、进入检测和巡回检测。

气体传感器有数百种类型，不同的气体传感器可能有不同的选择技巧，客户选择气体传感器如果不太清楚可以咨询传感器制造商技术人员，让他们为您选择合适的气体传感器，或请传感器技术人员调查，以便更好地选择气体传感器。

应用

应用于环境物联网的建设。气体传感器应用于有毒、可燃、易爆、二氧化碳等气体检测领域。环境问题一直是中国乃至世界最受关注的话题之一。人类生存的环境受到严重破坏。如何保护环境需要建立环境监管机制，建立物联网是必要的，气体传感器作为环境检测的必要传感器，将有助于建立环境物联网。

传感器是物联网的核心和基本环节。它是各种信息和人工智能的桥梁。气体传感器是其技术领域的重要类别之一，跨越功能材料、电子陶瓷和光电子元件，MEMS技术、纳米技术、有机聚合物和许多其他基础和应用学科。高性能气体传感器可以大大提高信息收集、处理和深加工水平，提高事故实时预测的准确性，不断消除事故隐患，大大降低事故特别是重大事故的发生率。能够有效实现安全监督和安全生产监督管理的电子化，将被动救灾转变为主动防灾，使安全生产科学化管理。

气体传感器在市场方面是如何发展的

一、重点研发新气敏材料和生产工艺

气体传感器材料的研究表明，金属氧化物半导体材料ZnO，SiO2，Fe2O3等己趋于成熟化，特别是在C比，C2H5OH，CO等气体检测方面。这方面的工作主要有两个方向：

1.采用化学修饰改性方法，将现有气体敏感膜材料混合、对成膜工艺进行改进和优化，提高气体传感器的稳定性和选择性；

2.开发新型气体敏感膜材料，如复合型和混合型半导体气敏材料、高分子气敏材料，使得这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。由于有机高分子敏感材料具有材料丰富、成本低、制膜工艺简单、易于与其它技术兼容、在常温下工作等优点，已成为研究的热点。

二、新型气体传感器的研制

采用传统的作用原理和一些新的效果，优先使用晶体材料(硅、石英、陶瓷等)，采用先进的加工技术和微结构设计，开发光波导气体传感器等新型传感器和传感器系统，如光波导气体传感器、高分子声表面波和石英谐振式气体传感器的开发与使用，微生物气体传感器和仿生气体传感器的研究。随着新材料、新工艺和新技术的应用，气体传感器的性能更趋完善，使传感器的小型化、微型化和多功能化具有长期稳定性好、使用方便、价格低廉等优点。

三、智能气体传感器

随着人们生活水平的不断提高和对环境保护的日益重视，对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料开发技术的成功应用为气体传感器的集成和智能化提供了良好的前提。气体传感器将充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。开发能同时监测各种气体的自动数字智能气体传感器将是该领域的一个重要研究方向。