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气体探测

化工、冶金等领域术语

气体探测技术包括传感器技术、信号处理技术、信号传输技术、控制技术。

工业以及民用领域最常接触的是爆炸下限探测和高灵敏度探测。
检测可燃气体爆炸下限的传感器一般有以下几种：
1.半导体式传感器：
利用半导体与气体接触时电阻或功函数发生变化这一特性检测气体。气体传感器分为电阻式与非电阻式两种。
电阻式采用SnO2、ZnO等金属氧化物材料制备,有多孔烧结件、厚膜、薄膜等形式。根据半导体与气体的相互作用是发生在表面还是体内，又分为表面控制型与体控制型。
表面控制型电阻式传感器包括SnO2系传感器、ZnO系传感器、其他金属氧化物(WO3、V2O5、CdO、Cr2O3等)材料的传感器和采用有机半导体材料的传感器。体控制型电阻式传感器包括Fe2O3系传感器、ABO3型传感器和燃烧控制用传感器。这类传感器可检测甲烷、丙烷、氢、一氧化碳等还原性气体，氧、二氧化氮等氧化性气体，具有强吸附力的胺类和水蒸汽等。
非电阻式气体传感器利用气体吸附和反应时引起的功函数变化来检测气体。它可分为金属－半导体结二极管型传感器（利用金属与半导体界面上吸附气体时，二极管整流特性的变化）、MOS二极管型传感器（采用MOS结构，通过C-V特性的漂移检测气体）和MOS FET型传感器（通过MOS FET的阈值电压变化检测气体）。
优点在于其灵敏度高，并且灵敏度随时间变化规律是逐渐升高，缺点在于一致性差、线形差。
2.催化燃烧式传感器：
催化燃烧式气体传感器利用其氧化燃烧特性检测空气中可燃气含量，是可燃气体专用传感器。由于它的性能好、成本低，是当前国内外使用最多的可燃气传感器。
催化燃烧式气体传感器的优点：
① 对所有可燃气体的响应有广谱性，在空气中对可燃气体爆炸下限浓度（%LEL）以下的含量，其输出信号接近线性
② 对非可燃气体没有反应，只对可燃气有反应，无干扰；
③ 传感器结构简单、成本低；
④不受水蒸气影响，对环境的温湿度影响不敏感，适于野外使用。
催化燃烧式气体传感器的缺点：
① 工作温度高，一般元件表面温度200℃～300℃
② 工作电流较大，国内产品100mA，国外产品200 mA ～300 mA
③ 元件易受硫化物、卤素化合物等中毒影响，降低使用寿命；
④ 在缺氧环境下检测指示值误差较大。
3.电化学式传感器：
电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。
气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是憎水屏障，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。
通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。
优点：线性好、选择性好、功耗低
缺点：寿命短、价格高、易损坏
4.红外线式传感器：
红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。
光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。
检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。
热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。
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