常见气体传感器的原理 点击:133 | 回复:0



仪器仪表世界网

    
  • 精华:0帖
  • 求助:0帖
  • 帖子:1048帖 | 4回
  • 年度积分:0
  • 历史总积分:3031
  • 注册:2008年3月10日
发表于:2014-06-06 14:17:57
楼主

气体传感器分为好多种,学式气体传感器,化学式气体传感器,导体式气体传感器等等,主要是一些煤矿,医疗,交通运输等方面应用,气体传感器常用在探测可燃,易燃等气体的浓度存在。在大气环境监测领域,采用气体传感器判定环境污染状况,更是十分普遍。

1、学式气体传感器

热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率,通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的,其在工业界的应用已有几十年的历史,其仪表类型较多,能分析的气体也较广泛(如H2、CO2、SO2、NH3、Ar等)。

热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应,其中广泛应用的是气体的氧化反应(即燃烧),其典型为催化燃烧式气体传感器,其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥,主要用于检测可燃气体,如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2、C2H2等可燃气体,采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量,石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量,燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸气、酒精乙醚蒸气等。

美国RAESystems公司生产的FGM-3100催化燃烧式可燃气体检测仪,其采样方式为扩散式,检测精度达±2%满量程,响应时间<15s。催化燃烧式气体传感器的主要优点是对所有可燃气体的响应有广谱性,对环境温度、湿度影响不敏感,输出信号近线性,且其结构简单,成本低。但其主要不足是精度低,工作温度高(内部温度可达700~800℃),电流功耗大,易受硫化物、卤素化合物等中毒的不利影响等。

2、化学式气体传感器

电化学式气体传感器是利用被测气体的电化学活性,将其电化学氧化或还原,从而分辨气体成分,检测气体浓度的。较常见的电化学传感器类型有原电池型(其工作原理类似于燃料电池)、恒定电位电解池型(在电流强制作用下工作,属库仑分析类传感器)等。

目前,电化学传感器是检测有毒、有害气体最常见和最成熟的传感器。其特点是体积小,功耗小,线性和重复性较好,分辨率一般可以达到0.1ppm,寿命较长。

不足是易受干扰,灵敏度受温度变化影响较大。霍尼韦尔旗下的英国城市技术公司所生产的用于检测H2S的3HH电化学传感器,其测量范围0~50ppm,最大允许值500ppm,分辨率为0.1ppm,外形尺寸约为外径42mmX高18mm,其主要交叉干扰源有CO、SO2、NO、NO2、H2等。

氧化锆氧量传感器是电化学式成分分析传感器中发展比较晚的一种,开始出现于20世纪60年代,其工作基理是根据浓差电池原理,通过测量待分析气体和参比气体因氧气浓度差异而导致的浓差电动势,来测量待分析气体中的含氧量。由于它具有结构简单、工作可靠、灵敏度高、稳定性好、响应速度快、安装使用方便等优点,因此发展较快。常应用于硫酸、空气分离、锅炉燃烧等多组分气体的氧量分析以及熔融金属的含氧测定等。

3、学式气体分析传感器

在磁学式气体分析传感器中,最常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器,其氧量的测量范围最宽,是一种十分有效的氧量测量仪表。

常用的有热磁对流式氧量分析传感器(按构成方式不同,又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式)和磁力机械式氧量分析传感器。其典型应用场合有化肥生产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁,废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。

4导体式气体传感器

半导体式气体传感器是根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型(采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件)、表面电位型(采用半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件)、体积控制型(基于半导体与气体发生反应时体积发生变化,从而产生电导率变化的工作原理)等。

可以检测百分比浓度的可燃气体,也可检测ppm级的有毒有害气体。具有结构简单、检测灵敏度高、反应速度快等诸多实用性优点,但其主要不足是测量线性范围较小,受背景气体干扰较大,易受环境温度影响等。




热门招聘
相关主题

官方公众号

智造工程师