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氣體檢測原理
閱讀：3495發布時間：2011-3-29
氣體檢測儀是一種氣體泄露濃度檢測的儀器儀表工具，主要是指便攜式/手持式氣體檢測儀。
主要利用氣體傳感器來檢測環境中存在的氣體種類，氣體傳感器是用來檢測氣體的成份和含量的傳感器。
一般認為，氣體傳感器的定義是以檢測目標為分類基礎的，也就是說，凡是用于檢測氣體成份和濃度的傳感器都稱作氣體傳感器，不管它是用物理方法，還是用化學方法。比如，檢測氣體流量的傳感器不被看作氣體傳感器，但是熱導式氣體分析儀卻屬于重要的氣體傳感器，盡管它們有時使用大體一致的檢測原理。
早在上個世紀70年代，氣體傳感器就已經成為傳感器領域的一個大系，屬于化學傳感器的一個分支。
目前流行于市場的氣體傳感器大約有如下一些種類：
半導體式氣體傳感器
它是利用一些金屬氧化物半導體材料，在一定溫度下，電導率隨著環境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理制備的。
優點:
半導體式氣體傳感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測的需求。
下列幾種半導體式氣體傳感器是成功的：甲烷（天然氣、沼氣）、酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。高質量的傳感器可以滿足工業檢測的需要。
缺點:
穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種傳感器的選擇性都不是*的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用于計量準確要求的場所。
催化燃燒式氣體傳感器
這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。
優點:
催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體：凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應。 催化燃燒式氣體傳感器計量準確，響應快速，壽命較長。傳感器的輸出與環境的爆炸危險直接相關，在安全檢測領域是一類主導地位的傳感器。
缺點:
在可燃性氣體范圍內，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。
熱導池式氣體傳感器
每一種氣體，都有自己特定的熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種傳感器已經傳感器地用于氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。
這種氣體傳感器可應用范圍較窄，限制因素較多。
它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體傳感器分很多子類：
（1）原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發電池型氣體傳感器），他們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極，在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。
（2）恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。
（3）濃差電池型氣體傳感器，具有電化學活性的氣體在電化學電池的兩側，會自發形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質型二氧化碳傳感器。
（4）極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關的原理制備氧（氣）濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。
大部分的氣體在中紅外區都有特征吸收峰，檢測特征吸收峰位置的吸收情況，就可以確定某氣體的濃度。
這種傳感器過去都是大型的分析儀器，但是近些年，隨著以MEMS技術為基礎的傳感器工業的發展，這種傳感器的體積已經由10升，45公斤的巨無霸，減小到2毫升（拇指大小）左右。使用無需調制光源的紅外探測器使得儀器*沒有機械運動部件，*實現免維護化。 紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準確測定氣體濃度。
這種傳感器成功的用于：二氧化碳、甲烷的檢測。
磁性氧氣傳感器
這是磁性氧氣分析儀的核心，但是目前也已經實現了“傳感器化”進程。
它是利用空氣中的氧氣可以被強磁場吸引的原理制備的。
這種傳感器只能用于氧氣的檢測，選擇性*。大氣環境中只有氮氧化物能夠產生微小的影響，但是由于這些干擾氣體的含量往往很少，所以，磁氧分析技術的選擇性幾乎是*的！
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