氣體傳感器的問題及解決對(duì)策

趙煒杰　徐海洋

摘要：本篇文章綜述了氣體傳感器從提出相關(guān)概念到生產(chǎn)出具體產(chǎn)品的發(fā)展過程。氣體傳感器在研究和生產(chǎn)中現(xiàn)階段存在的主要問題有實(shí)際使用中的交叉敏感問題、生產(chǎn)工藝不成熟、生產(chǎn)成本較高等，文章提出了一些解決方法。氣體傳感器的發(fā)展前景非常廣闊，現(xiàn)代人越來越重視空氣質(zhì)量問題，所以隨著需求增加，生產(chǎn)成本有望大幅降低。

[關(guān)鍵詞]氣體傳感器交叉敏感生產(chǎn)成本應(yīng)用前景

隨著人們對(duì)于日常生活中空氣質(zhì)量的重視程度越來越高，空氣質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目逐漸變成了一項(xiàng)熱門服務(wù)，但是隨著市場(chǎng)范圍的擴(kuò)大，逐漸暴露出服務(wù)價(jià)格偏高，檢測(cè)設(shè)備魚龍混雜、檢測(cè)數(shù)據(jù)造假等問題，這些問題促使我們想要對(duì)氣體傳感器的發(fā)展和運(yùn)用有一一個(gè)深入、詳細(xì)的了解。

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸等。氣體傳感器分類通常是按照氣敏特性來分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、熱導(dǎo)池式氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。

1國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

1.1國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展研究情況

氣體傳感器所運(yùn)用的原理不多，只有半導(dǎo)體、催化燃燒、紅外、電化學(xué)這四種。

半導(dǎo)體氣體傳感器相對(duì)于其他傳感器來說，更加的簡(jiǎn)單易用，所以使用面也更為寬泛。在家用方面用于燃?xì)庑孤┍O(jiān)測(cè)，消防安全方面用于煙霧監(jiān)測(cè)，是目前被應(yīng)用的氣體傳感器中最為廣泛的品種;

催化燃燒式氣體傳感器因其檢測(cè)原理可用于可燃?xì)怏w的檢測(cè)，廣泛的被使用在煤礦和石油石化等領(lǐng)域;

紅外氣體傳感器適用于檢測(cè)甲烷、二氧化碳等氣體，在實(shí)際應(yīng)用中以二氧化碳濃度檢測(cè)儀等類似產(chǎn)品為主，主要應(yīng)用在室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控等領(lǐng)域。

電化學(xué)氣體傳感器非常適合低濃度的毒性氣體檢測(cè)，所以在各種工業(yè)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)因其對(duì)氧氣和酒精等氣體有著優(yōu)良的敏感性，所以道路交通安全檢測(cè)領(lǐng)域也有應(yīng)用;

20世紀(jì)60年代，世界上第一個(gè)氣體檢測(cè)器在英國(guó)被研制出，而后在80年代，英國(guó)科學(xué)家提出了氣體傳感器的雛形一利用氣體檢測(cè)器模擬生物的嗅覺系統(tǒng)。

20世紀(jì)50年代半導(dǎo)體氣體傳感器技術(shù)流傳到了日本，并由日本科學(xué)家把這項(xiàng)技術(shù)推進(jìn)到了頂峰。而歐洲科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體技術(shù)的種種不足后，開始研究其他傳感器。

我國(guó)的氣體傳感器的理論在上個(gè)世紀(jì)70年代從德國(guó)傳入，80年代進(jìn)入研制階段。

1.2國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品研究發(fā)展情況

傳統(tǒng)的氣體傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活的各種領(lǐng)域，近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，氣體傳感器在新興領(lǐng)域，例如智能移動(dòng)終端、可穿戴設(shè)備等方面的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，需求量發(fā)生了巨大的改變。

現(xiàn)階段的氣體傳感器產(chǎn)品正在從以往的傳統(tǒng)領(lǐng)域逐步向智能化領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，以電子鼻和智能傳感器為代表。電子鼻是由一組傳感器陣列加上識(shí)別方法所組成的，一般用于檢測(cè)簡(jiǎn)單或復(fù)雜氣體的氣味。智能傳感器在以外傳感器的功能上增加了信息處理功能，擴(kuò)展了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，增強(qiáng)了傳感器的識(shí)別能力。

氣體傳感器的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在美國(guó)，歐洲和日本。國(guó)外知名氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)有英國(guó)的城市技術(shù)公司、日本的費(fèi)加羅公司和英國(guó)的阿爾普森斯公司等。國(guó)內(nèi)最大的氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)為煒盛科技。

2目前存在的問題及解決的辦法

2.1目前存在的問題

氣體傳感器發(fā)展到現(xiàn)在，主要存在以下幾個(gè)問題：

2.1.1沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)樯a(chǎn)氣體傳感器的廠家有很多，大家都希望自己的生產(chǎn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)能夠成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以氣體傳感器到現(xiàn)在沒有一個(gè)全球通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2交叉敏感問題

從理論上來說，一種氣體的特定傳感器應(yīng)該只對(duì)這一種氣體產(chǎn)生反應(yīng)，但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)精度、制作工藝、溫度影響和零點(diǎn)漂移等問題的存在，導(dǎo)致了傳感器對(duì)于目標(biāo)氣體以外的氣體也能產(chǎn)生感應(yīng)。

2.1.3生產(chǎn)成本較高

2015年全球傳感器出貨量大約在150億顆，而在同一年，氣體傳感器的出貨量只有130萬(wàn)顆，只占到整體傳感器市場(chǎng)的十萬(wàn)分之一，較其他類型傳感器相對(duì)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，氣體傳感器的生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，生產(chǎn)成本更高，這也是阻礙氣體傳感器更快發(fā)展的主要因素。

2.2擬解決的辦法

對(duì)于上述段落提出的三個(gè)問題，制造商和研究者們都在積極的解決。

（1）盡快開始起草統(tǒng)一"標(biāo)準(zhǔn)或者委托國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織起草統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);

（2）對(duì)于交叉敏感問題，從原理角度入手，在傳感器單元增加溫度補(bǔ)償和電壓校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，同時(shí)改進(jìn)封裝工藝，以減少因生產(chǎn)工藝而導(dǎo)致的測(cè)量誤差;

（3）擴(kuò)展氣體傳感器應(yīng)用的領(lǐng)域和方向以增加出貨量，同時(shí)改善生產(chǎn)工藝以減少成本，兩種辦法一起能有效促進(jìn)氣體傳感器的發(fā)展。

3未來發(fā)展趨勢(shì)

（1）新型氣體傳感器的開發(fā)與設(shè)計(jì);

（2）微型化和傳統(tǒng)化;

（3）氣體傳感器的智能化、圖像化和一體化;

（4）研究具有更高識(shí)別靈敏度的新型氣體敏感材料。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于氣體傳感器的發(fā)展歷程以及未來發(fā)展趨勢(shì)我們有了更加詳細(xì)的了解，希望通過科技發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，氣體傳感器能有更加廣闊的應(yīng)用，能更好的服務(wù)于人類社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

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