淺談空氣質量檢測與主要氣體傳感器

蘇州高等職業技術學校 李志偉

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淺談空氣質量檢測與主要氣體傳感器

蘇州高等職業技術學校 李志偉

【摘要】大氣中的空氣品質對人的影響十分重要，研究及運用傳感器技術是檢測空氣質量的一種熱門方法，本文簡要介紹了傳感器及其測試技術，主要氣體傳感器工作原理及優缺點。最后對傳感器的發展趨勢和前景加以展望。

【關鍵詞】空氣質量；氣體傳感器；檢測技術

1 氣體傳感器概述

工農業生產中，人們往往需要對接觸到的有害氣體進行檢測和控制。其中以氣體傳感器作為最佳檢測工具。它將有關氣體的成分、濃度等物理特性轉變為電信號，方便人們正確、有效的控制和應用。國內外氣體傳感器發展很快，原因在于人們對有害氣體的安全意識增強，對環境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是相關的安全法規推動了傳感器市場的增長。

氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器已列為國家重點支持發展項目，我國氣敏元件傳感器及其應用技術有了較快進展，研究、發展方向表現在幾個方面：（1）新型氣敏材料的研發。在傳統的氣敏材料中摻雜某些元素，研制、開發復合型及混合型的半導體、高分子氣敏材料，使得它們對不同的氣體表現出高靈敏度、高穩定性和高選擇性的特性。（2）新型氣體傳感器研發。使用新型材料、新型工藝及新技術，進一步研究氣體傳感器的機理，使得它們更加微型化、多功能，具備性能穩定、使用方便和價格低廉等特點。（3）借助計算機技術是的傳感器更加智能化。將氣體傳感器與計算機技術結合，研制出新型仿生氣體傳感器是未來傳感器發展的主要方向。

2 氣體傳感器測試技術概述

氣體傳感器測試技術的發展并未能跟上氣體傳感器技術發展的速度。影響這一發展的原因是多方面的。比如：如何快速實現氣敏元件的檢驗和分檔，如何提高測試效率、精度。更為重要的是手工測試無法實現動態測量，從而不能準確的測得氣敏元器件的響應時間曲線、恢復時間曲線等參數，限制了氣敏元件的進一步研究和應用。從檢索和專利資料來看，對于氣體傳感器的研究，國外僅有日本的費加羅公司借助單片機開發出一種自動巡回監測系統。國內，“八五”期間，課題研究小組成功地研制出基于上下位機結構的氣體傳感器測試系統，為我國氣體傳感器檢測系統的研究做出了突出貢獻。“九五”期間，專家組又對此檢測系統進行了多方面的改進，基于虛擬儀器技術和相關原理開發出一種新型氣體傳感器檢測系統。但是，他們在應用中，不同程度上暴露了的缺點，阻礙了系統的進一步推廣與應用。相信，該測試系統經改進后，將以更強的功能、更高的靈活性和性能價格比的優勢，增強氣體傳感器市場競爭力，開拓其廣闊的應用前景。

3 主要氣體檢測傳感器

下面簡要介紹，在空氣質量檢測方面發揮重要作用的傳感器。

（1）金屬氧化物半導體式傳感器。它利用被測氣體的吸附作用，來改變半導體的電導率，通過對電流變化的比較，激發報警電路。它具有反應十分靈敏，工作穩定，價格便宜，功耗低，壽命長，價位低，應用簡單等優點。廣泛運用于測量氣體的微漏現象。

（2）催化燃燒式傳感器。根據惠斯通電橋原理，感應電阻與所在環境中的可燃氣體發生無焰燃燒效應，溫度值升高改變電阻的阻止，從而打破電橋平衡，通過相應的輸出端口送出穩定的電流信號，其次，再經過后期電路的放大和處理等步驟顯示輸出穩定、可靠的數值。催化燃燒式傳感器具有良好的輸出信號條形、可靠穩定的指數、便宜的價格定位、與非可燃氣體交叉干擾小等特點。

（3）定電位電解式傳感器。此類傳感器廣泛應用于出現毒類氣體等現場，是目前使用最為廣泛的一種測毒方式。定電位電解式傳感器國外研究、發展較多，且技術先進。國內研究較少，技術薄弱。目前使用的相關傳感器多數依賴進口。定電位電解式氣體傳感器的結構原理可簡單描述如下：準備一個塑料筒狀池，在池中的相應位置安裝好工作電極、對電極及參比電極，講電解液充滿整個池中，然后使用專用材料做的隔膜半隔開電解液，封裝塑料筒的頂部。連接前置放大器和傳感器的電極，并在電極之間施加了一定的電位，保證出現電位

差，此時傳感器即出于工作狀態。

（4）迦伐尼電池式氧氣傳感器。工作原理及結構：在塑料容器的一面裝特殊材料制作的透氣膜，該透氣膜應該具有良好的對氧氣通透性，在容器的內側粘有貴金屬材質的電極，充當陰極。而在容器的另一面的內側或空余的容器部分充當陽極。當流通的氧氣在通過電解質時，陰極發生氧化反應，陽極發生還原反應。陽極的金屬被還原離子化，釋放出電子。這就是伽伐尼電池式氧氣傳感器的工作原理。目前，在國內此傳感器及相應技術已成熟，完全可以國產化此類傳感器。

（5）紅外式傳感器。紅外式傳感器利用各種元素對某個特定波長的吸收原理，具有抗中毒性好，反應靈敏的優點。但其結構復雜，成本高。將裝有該傳感器的產品安裝在家庭或臥室，可以用于測量空氣中的CO2、溫度、濕度水平，自動控制凈化通風設備運轉保持室內優良的環境。

4 結束語及展望

本文對氣體傳感器及其測試技術加以概述，并分別對主要的氣體傳感器工作原理、優缺點加以介紹。最后，氣體傳感器、檢測技術的研究面臨挑戰。充分利用微機械與微電子技術，結合傳感網技術和故障診斷技術，借助計算機技術和信號處理技術的優勢，開發出使用范圍廣、普及程度高的新型傳感器是未來研發的一大趨勢。研制能夠同時監測多種氣體的全自動數字化智能氣體傳感器將是該領域的重要研究方向。