一、引言
隨著當(dāng)前世界各國(guó)對(duì)于氣體偵測(cè) 技術(shù)的需求日益增加，相關(guān)的技術(shù)和儀器也得到了很好的發(fā)展，但是許多量測(cè)方法需要有大型昂貴的儀器設(shè)備，如氣相層析儀∕質(zhì)譜儀、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀、化學(xué)發(fā)光量測(cè)儀等，還不能大規(guī)模普及使用，而體積小，成本低的氣體傳感器則很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
氣體傳感器是當(dāng)前比較熱門的傳感器技術(shù)，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)在上世紀(jì)50年代已有相關(guān)方面的研究，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在時(shí)間上并沒(méi)有絕對(duì)的差距（一般國(guó)際上氣體傳感器起始與上世紀(jì)50年代的電化學(xué)傳感器），不過(guò)國(guó)際上最早的氣體傳感器起始于上世紀(jì)20年代的催化燃燒氣體傳感器。氣體傳感器市場(chǎng)發(fā)展的******推動(dòng)力是國(guó)際上對(duì)有毒氣體排放和污染物排放方面的嚴(yán)格立法，法規(guī)的建立專門用于降低由于在狹窄空間內(nèi)危險(xiǎn)氣氛的存在所造成的事故數(shù)量，同時(shí)使得人們對(duì)家庭中出現(xiàn)的有害氣體污染的關(guān)心程度大幅度增強(qiáng)，這就使得氣體傳感器有了廣泛的市場(chǎng)，如今氣體傳感器已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到了工業(yè)、環(huán)保、國(guó)防等諸多領(lǐng)域。 二、分類
氣體傳感器，其本質(zhì)就是將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類，從其工作原理、測(cè)量技術(shù)到所用材料和制造工藝，再到到檢測(cè)對(duì)象、應(yīng)用領(lǐng)域，都是可以構(gòu)成獨(dú)立分類標(biāo)準(zhǔn)的，所以目前在氣體傳感器的分類標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題上還沒(méi)有統(tǒng)一的說(shuō)法，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格分類還很困難。下面我們就以其氣敏特性來(lái)做一個(gè)分類：電化學(xué)型氣體傳感器、半導(dǎo)體型氣體傳感器、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)型氣體傳感器等。
1、電化學(xué)型氣體傳感器。電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，可控電位電解式傳感器是通過(guò)測(cè)量電解時(shí)流過(guò)的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓。電量式氣體傳感器是通過(guò)被測(cè)氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器則是通過(guò)測(cè)量離子極化電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。
2、半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化，半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用最普遍、最具有實(shí)用價(jià)值的一類氣體傳感器，根據(jù)其氣敏機(jī)制可以分為電阻式和非電阻式兩種。
3、固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。固體電解質(zhì)氣體傳感器電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展。
4、接觸燃燒式氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，其工作原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體氧化燃燒或者在催化劑作用下氧化燃燒，電熱絲由于燃燒而生溫，從而使其電阻值發(fā)生變化。該傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)處于爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)。
5、光學(xué)式氣體傳感器主要以紅外吸收型氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過(guò)測(cè)量和分析紅外吸收峰來(lái)檢測(cè)氣體。該傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，能連續(xù)測(cè)試分析氣體，具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能。 三、 現(xiàn)狀和發(fā)展展望
當(dāng)前，應(yīng)用十分廣泛的是可燃性氣體氣敏元件傳感器。前面已經(jīng)簡(jiǎn)單論述過(guò)，氣體傳感器發(fā)展迅速的主要原因是人們安全意識(shí)的增強(qiáng)、對(duì)環(huán)境安全性要求的提高和政府相關(guān)安全法規(guī)的推動(dòng)。在美國(guó)。日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，早在上世紀(jì)80年代，就已經(jīng)立法要求安裝燃起泄漏報(bào)警器。現(xiàn)在各類報(bào)警器已經(jīng)大量應(yīng)用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等場(chǎng)所。不過(guò)，現(xiàn)階段的技術(shù)水平下的氣體傳感器，與一些大型儀器設(shè)備相比，在低濃度等級(jí)的條件下，仍有靈敏度不足、抗干擾性差以及穩(wěn)定性不佳等有待改善的缺點(diǎn)。隨著人類對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)?a >氣體傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來(lái)越高，氣體傳感器的研究和開(kāi)發(fā)也越來(lái)越重要，氣體傳感器將會(huì)向微型化、智能化和多功能化方向發(fā)展。
目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：1、提高靈敏度和工作性能，并使其微型化，并能夠與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合。2、增強(qiáng)可靠性，具備多種功能，優(yōu)先發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一就是新氣敏材料與制作工藝的開(kāi)發(fā)。研制開(kāi)發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)。此外，我們還可以沿用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料，采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)。相信伴隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器的性能更趨完善也能夠滿足人們小型化、多功能性的綜合要求。相信隨著納米技術(shù)、薄膜技術(shù)等新材料研制成功，微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，具備多種氣體監(jiān)測(cè)功能的高性能智能化氣體傳感器將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)出現(xiàn)在我們身邊。 |
