氣敏傳感器有哪幾種類型,日常生活中常用的氣敏傳感器有哪些舉咧說明?


1、日常生活中常用的氣敏傳感器有哪些舉咧說明?
生活中的傳感器有以下種類:
1,光傳感器
光傳感器利用的是半導體的光導效應或光生伏特效應。光生伏特效應是通過光照射,將半導體PN結處產生的電壓或電流作為輸出加以檢測。如光敏二級管,光敏三級管等。這些效應都是利用了光的量子性質。最常見的應用實例,就是光控燈。
2,溫度傳感器
用于檢測溫度的物理效應當中,除了利用塞貝克效應的熱電偶外,通常利用Pt,W等的金屬和氧氣物半導體以及非氧化物半導體,有機半導體等的電阻隨溫度變化來作為溫度傳感器的。
此外,還有利用PN結處電流——電壓特性隨溫度的變化,利用居里溫度附近磁特性和介電常數變化的傳感器,利用介電常數和壓電常數的變化,來檢測其共振頻率變化的溫度的感器等。最常見的應用實例,就是空調的控溫了。
大多數壓力傳感器都是利用了某種壓阻效應。所謂壓阻效應,就是當壓力施加于電阻體上時,會使其電阻值發生變化,這種現象稱為壓阻現象比金屬電阻的變化明顯得多,其主要是因在受壓后其電子或空穴的遷移率發生變化。最常見的應用實例,就是電子稱了。
4,磁傳感器
磁傳感器常用的效應是霍爾效應與磁阻效應。利用霍爾效應的元件是霍爾元件,它是在一半導體薄片兩端之間通以電流,如果在薄片垂直方向外加一磁場,則載流子在羅倫茲力的作用下,將沿著與磁場方向垂直的方向移動,若在該方向上設置電極,則可檢測出電壓來 (霍爾電壓)。最常見的應用實例,就是電動車的調速方法了。
5,氣體傳感器
氣體傳感器實際就是半導體氣體傳感器。主要是氣體的吸附效應。如半導體 SnO2燒結制成的氣敏傳感器,其為多晶體,當表面吸附氣體分子時,就會在氣體分子與燒結體之間發生電子交換。控制載流子運動的晶粒界面處的勢壘會發生變化。
若在燒結體上設置兩個電極,其間電阻將隨氣體分子吸附情況而增減。一般在還原性氣體中電阻值會減少,在氧化性氣體中電阻值會增加。最常見的應用實例,就是各種煙霧報警器了。
傳感器的特點包括:
微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化,它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代,而且還可能建立新型工業,從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的,已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器。
生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科,是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法,也是物質分子水平的快速、微量分析方法。
各種生物傳感器有以下共同的結構:包括一種或數種相關生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器),二者組合在一起,用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工,構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。
2、簡要說明氣敏傳感器有哪些種類以及它們各自的工作原理和特點?
1、聲波器件表面的波速和頻率會隨外界環境的變化而發生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜,當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用(化學作用或生物作用,或者是物理吸附),使得氣敏薄膜的膜層質量和導電率發生變化時,引起壓電晶體的聲表面波頻率發生漂移;氣體濃度不同,膜層質量和導電率變化程度亦不同,即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準確的反應氣體濃度的變化值
氣敏傳感器的應用主要有:一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂勠11、R12蘺檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電信號根據這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環境中的存在情況有關的信息從而可以進行檢測、監控、報警還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統。 由于氣體種類繁多, 性質各不相同不可能用一種傳感器檢測所有類別的氣體因此能實現氣-電轉換的傳感器種類很多按構成氣敏傳感器材料可分為半導體和非半導體兩大類。實際使用最多的是半導體氣敏傳感器因此本文主要講述半導體氣敏元件的有關原理及應用。
3、半導體氣敏傳感器是利用待測氣體與半導體表面接觸時,產生的電導率等物理性質變化來檢測氣體的。 按照半導體與氣體相互作用時產生的變化只限于半導體表面或深入到半導體內部,可分為表面控制型和體控制型,前者半導體表面吸附的氣體與半導體間發生電子接受,結果使半導體的電導率等物理性質發生變化,但內部化學組成不變,后者半導體與氣體的反應,使半導體內部組成發生變化而使電導率變化。 按照半導體變化的物理特性,又可分為電阻型和非電阻型,電阻型半導體氣敏元件是利用敏感材料接觸氣體時,其阻值變化來檢測氣體的成分或濃度廠半導體式氣敏元件則是根據氣體的吸附和反應,使其某些關系特性發生改變無對氣體進行直接或間接的檢測,如二極管伏安特性和場效應晶體管的閾值電壓變化來檢測被測氣體的。
3、氣體傳感器都有哪些分類
1、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。 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唯一的,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。 目前這種傳感器的主要供應商在日本(發明者),其次是中國,最近有新加入了韓國,其他國家如美國在這方面也有相當的工作,但是始終沒有匯入主流!中國在這個領域投入的人力和時間都不亞于日本,但是由于多年來國家政策導向以及社會信息閉塞等原因,我國流行于市場的半導體式氣體傳感器性能質量都遠遜于日本產品,相信,隨著市場進步,民營資本的進一步興起,中國產的半導體式氣體傳感器達到和超越日本水平已經指日可待
2、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。 催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體:凡是可以燃燒的,都能夠檢測;凡是不能燃燒的,傳感器都沒有任何響應。當然,凡是可以燃燒的,都能夠檢測這一句有很多例外,但是,總的來講,上述選擇性是成立的。 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。 目前這種傳感器的主要供應商在中國、日本、英國(發明國)!目前中國是這種傳感器的最大用戶(煤礦),也擁有最佳的傳感器生產技術,盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會對這種傳感器的認識,但是畢竟,催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商在國內。
3、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。 這是一種老式產品,全世界各地都有制造商。產品質量全世界大同小異。
4、電化學式氣體傳感器 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。 目前這種傳感器的主要供應商遍布全世界,主要在德國、日本、美國,最近新加入幾個歐洲供應商:英國、瑞士等。中國在這個領域起步很早,但是產業化進程效果不佳。
5、紅外線氣體傳感器 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完全沒有機械運動部件,完全實現免維護化。 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。 目前這種“傳感器”的供應商在歐洲!中國在這一領域目前是“半”空白!
6、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,選擇性極好。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唯一的! 老牌工業產品,全世界各地都有制造商。(當然我說的是作為一次儀表的氧氣分析儀,它在一定范圍內可以被看作傳感器。而以純粹傳感器形式生產的這種產品,是最近的事情。)
7、其他 近年來,隨著新技術的不斷涌現,氣體傳感器技術也在不斷發生著相應的革命。氣體傳感器的種類也在隨著增添新丁。 但是,有些傳感器是否應該列在氣體傳感器名下頗有爭議,比如:PID檢測器,盡管也是用于氣體的檢測,盡管體積一樣小巧,但是,由于不能真正實現免維護化,因此,這種裝備,無論體積有多小,都應該列在“檢測儀器”的名下。
8.檢測儀中的0-100% LEL與0-n PPM
(1)“LEL"是指爆炸下限。 可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度,稱為爆炸下限—簡稱%LEL。英文:Lower Explosion Limited。 可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最高濃度,稱為爆炸上限—簡稱%UEL。英文:Upper Explosion Limited。 那么什么是爆炸下限? 可燃性氣體的濃度過低或過高它是沒有危險的,它只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發生燃燒或爆炸。燃燒是伴有發光發熱的激烈氧化反應,它必須具備三個要素:a、可燃物(燃氣);b、助燃物(氧氣);c、點火源(溫度)。可燃氣的燃燒可以分為兩類,一類是擴散燃燒,即揮發的或從設備中噴出、泄漏的可燃氣,遇到點火源混合燃燒。另一類燃燒,是可燃氣與空氣混合著火燃燒,這種燃燒反應激烈而速度快,一般會產生巨大的壓力和聲響,又稱之為爆炸。燃燒與爆炸沒有嚴格的區分。 有關權威部門和專家已經對目前發現的可燃氣作了燃燒爆炸分析,制定出了可燃性氣體的爆炸極限,它分為爆炸上限(英文upper explode limit的簡寫UEL)和爆炸下限(英文lower explode limit的簡寫LEL)。低于爆炸下限,混合氣中的可燃氣的含量不足,不能引起燃燒或爆炸,高于上限混合氣中的氧氣的含量不足,也不能引起燃燒或爆炸。另外,可燃氣的燃燒與爆炸還與氣體的壓力、溫度、點火能量等因素有關。爆炸極限一般用體積百分比濃度表示。 爆炸極限是爆炸下限、爆炸上限的總稱,可燃氣體在空氣中的濃度只有在爆炸下限、爆炸上限之間才會發生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會發生爆炸。因此,在進行爆炸測量時,報警濃度一般設定在爆炸下限的25%LEL以下。 各種可燃氣體檢測儀的測量范圍為0-100%LEL。 固定式可燃氣體檢測儀的通常設有二個報警點(與報警主機的型號有關):10%LEL為一級報警,25%LEL為二級報警。 便攜式可燃氣體檢測儀的通常設有一個報警點:25%LEL為報警點。 舉例說明,甲烷的爆炸下限為5%體積比,那也就是說,把這個5%體積比,一百等分,讓5%體積比對應100%LEL,也就是說,當檢測儀數值到達10%LEL報警點時,相當于此時甲烷的含量為0.5%體積比。當檢測儀數值到達25%LEL報警點時,相當于此時甲烷的含量為1.25%體積比。 所以,您不必擔心報警后是不是隨時有危險了,此時是在提示您,要馬上采取相應的措施啦,比如開啟排氣扇或是切斷一些閥門等,離真正有可能出現危險的爆炸下限還有很大一段差距,這樣才會起到報警提示的作用。
(2)ppm是體積比濃度:Parts per million 。 ppm是溶液濃度(溶質質量分數)的一種表示方法,ppm表示百萬分之一。 對于溶液:即1升水溶液中有1/1000毫升的溶質,則其濃度(溶質質量分數)為1ppm。 對于氣體:對環境大氣(空氣)中污染物濃度的表示方法之一。 體積濃度表示法:一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數,即ppm 大部分氣體檢測儀器測得的氣體濃度都是體積濃度(ppm)。而按我國規定,特別是環保部門,則要求氣體濃度以質量濃度的單位(如:mg/m3)表示,我們國家的標準規范也都是采用質量濃度單位(如:mg/m06;)表示。 技術參數: 標準配置10.6eV PID燈 檢測精度:0.1ppb0.1ppm或0.1mg/m3 測量范圍:1~999ppb 0.1-10000ppm or mg/m3 顯示單位:ppm ppb mg/m3 本質安全認證:BASEEFA 操作容易便攜式 探測約250+種氣體 尋找泄漏源 周邊監控 暴露水平TWASTEL 存儲20000個數據 聲光報警 通過紅外端口下載和接收 強大的電腦軟件。
4、傳感器有哪幾種
傳感器的種類有:氣敏元件傳感器、交流電流傳感器、加速度傳感器、超聲波傳感器、施克傳感器等。
1、氣敏元件傳感器
實驗所采用的SnO2(氧化錫)半導體氣敏傳感器屬電阻型氣敏元件;它是利用氣體在半導體表面的氧化和還原反應導致敏感元件阻值變化:若氣濃度發生變化,其阻值又將變化,根據這一特性,可以從阻值的變化得知,吸附氣體的種類和濃度。
2、交流電流傳感器
交流電流傳感器是一種檢測交流電流的裝置,能感受到被測交流電流的信息,并能將檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
3、加速度傳感器
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中,通過對質量塊所受慣性力的測量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。
4、超聲波傳感器
超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號的傳感器。超聲波是振動頻率高于20kHz的機械波。它具有頻率高、波長短、繞射現象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大,尤其是在陽光不透明的固體中。
5、施克傳感器
施克(SICK)傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器,它可用于檢測直接引起光量變化的非電量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量,如零件直徑、表面粗糙度、應變,以及物體的形狀、工作狀態的識別等。
責任編輯:David
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