气体传感器综述论文.ppt

章文斌 气体传感器简介及其发展趋势 1前言 2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理 2.1半导体氧化物型气体传感器 2.2催化燃烧式气体传感器 2.3电化学式气体传感器 2.3.2各种传感器的工作原理 2.3.3发展方向 上述的传感器大都是以水溶液作为电解质溶液的，它有以下几点问题： （1）、电解液的蒸发或污染常会导致传感器信号衰降，使用寿命短（一般来说，电化学传感器的寿命只有一年左右，最长不过两年）； （2）、催化剂长期与电解液直接接触，反应的有效区域，即气、液、固三相界面容易发生移动，会使催化活性降低； （3）、在干燥的气氛中，特别是在通气条件下，传感器中的电解液很容易失水而干涸，致使传感器失效； （4）、存在漏液、腐蚀电子线路等问题； （5）、为了保证传感器有一定的使用寿命，电解液的用量不能太少，因此限制了该类传感器的微型化。 因此，随着人们对电化学传感器的进一步研究和深入发展，电化学气体传感器研究将向如下方向发展：高灵敏度、高稳定性、长使用寿命、便携式、微型化、智能化。可以断言，电化学传感器的明天必将海阔天空。 2.6光纤气体传感器 2.4红外线气体传感器 2.5磁性氧气传感器 3气体传感器技术的发展趋势 气体传感器和其它传感器一样，特别是在新材科，新结构等方面的研究进展很快。当前研究的重点除了提高元件的灵敏度、选择性、稳定性之外，还集中解决降低功耗，提高一致性等问题，目前已得到迅猛发展。这几年作为研究开发的技术动向有： (1)开展新材料研究，并通过控制材料的微细结构来提高元件的灵敏度、选择性并采用新型的元件结构，大大地降低气体传感器的功耗，并提高了元件的一致性; (2)通过对单一或多个敏感元件输出信号微机处理提高气体的识别能力; (3)以污染地球环境的各种气体为对象，进行有关气体传感器的特性改善研究; (4)以多种臭味成分为检测对象的新型敏感材料及传感器的开发。 * * 2气体传感器的分类及常用传感器的工作原理 2.1半导体氧化物型气体传感器 2.2催化燃烧式气体传感器 2.3电化学式气体传感器 2.4红外线气体传感器 2.5磁性氧气传感器 1前言 2.6光纤气体传感器 3气体传感器技术的发展趋势 气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。一般认为，气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。 1964年，由Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出了第一个气敏传感器，1982年英国Warwick大学的Persaud等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构[1]，自此后气体传感器飞速发展，应用于各种场合，比如气体泄漏检测，环境检测、样品采集、数据处理等。 现在各国研究主要针对的是有毒性气体和可燃烧性气体，研究的主要方向是如何提高传感器的敏感度和工作性能、恶劣环境中的工作时间以及降低成本和智能化等。 气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。 下面集中介绍几种常用传感器的工作原理优缺点及其发展趋势。 2.1.1背景及发生原理 半导体氧化物型气体传感器是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。 由Seiyama T在1962年首先报道的[2]，利用ZnO薄膜的表面电导在气体中的变化来检测可燃性气体。同年，田口尚义发明了二氧化锡基气体传感器[3]，并通过贵金属掺杂大幅度地提高了对可燃性气体的灵敏度[4]，并实现了产业化。虽然后来开发了一些新型半导体氧化物气体敏感材料，例如，In203、γ- Fe203、α-Fe203、W03和ABO3。等[5-9]，但由于SnO2具有良好的化学稳定性和热稳定性，商品化的半导体氧化物型传感器主要是以二氧化锡为基体敏感材料。 背景： 发生原理： 2.1.2适用气体及优缺点 优点：这种传感器成本低廉，具有快速、简便等优点。并且适宜于民用气体检测的需求。 缺点：这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料，具有灵敏度低、选择性不好、稳定性较差、且有的电阻大等缺点，同时受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。 适用气体：半导体氧化物型气体传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