氣體傳感器的發(fā)展：氣體傳感器在未來的發(fā)展方向與應用

氣體傳感器，顧名思義是一種將氣體濃度等信息轉換成人員、儀器、計算機等可以使用的信息的裝置。各種氣體傳感器設備通過探頭采集氣體樣品，再將氣體的體積分數(shù)轉換成相應的電信號，達到檢測目的。

在全球市場中，氣體傳感器應用需求不斷增長，據(jù)前瞻產業(yè)研究院計算，2016-2021年氣體傳感器年均復合增長率一直保持在7.3%左右。2020年我國傳感器市場規(guī)模為1878億，但氣體傳感器產業(yè)占有率就達到1/3，合計600億元以上。既然氣體傳感器占這么高的市場份額，下面就結合具體分類給大家講一下。
氣體傳感器有很多種類，主要面對市場的主要有以下三種：
一、光學式氣體傳感器：
光化學式氣體傳感器是基于光學原理進行氣體測量的傳感器。主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型、光纖化學材料型等，還有化學發(fā)光式、光纖熒光式和光纖波導式等。
（1）光化學傳感器主要以紅外型氣體傳感器為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。有流體切換式、流程直接測定式和傅里葉變換式在線紅外分析儀。具有高抗振能力和抗污染能力，與計算機相結合，能連續(xù)測試分析氣體，具有自動校正、自動運行的功能。
紅外型氣體傳感器與其它類別氣體傳感器如電化學式、催化燃燒式、半導體式等相比具有應用廣泛、使用壽命長、靈敏度高、穩(wěn)定性好、適合氣體多、性價比高、維護成本低、可在線分析等等一系列優(yōu)點。廣泛應用于石油化工、冶金工業(yè)、工礦開采、大氣污染檢測、農業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領域。
二、電學類氣體傳感器：利用材料的電學參量隨氣體濃度的變化而改變，又分為：電阻式和非電阻式，電阻式氣體傳感器主要有接觸燃燒式、熱導式、半導體氣體傳感器（又為金屬氧化物半導體氣體傳感器和有機半導體氣體傳感器）等，非電阻式氣體傳感器則通常是利用材料的電流或電壓隨氣體含量變化。
三、電化學式氣體傳感器：電化學氣體傳感器是電化學式傳感器的一種。
電化學式傳感器是以離子導電為基礎制成，根據(jù)其電特性的形成不同，電化學傳感器可分為電位式傳感器，電導式傳感器，電量式傳感器，極譜式傳感器和電解式傳感器等。
四、除以上三種氣體傳感器還有這幾種：高分子氣敏材料類氣差電池式、聲表面波式、石英振子式等。
氣體傳感器的應用場景：
一、新裝修房屋中的有害氣體檢測
新裝修的房屋中有90％以上存在有害氣體嚴重超標。以甲醛為例：很多新房剛裝修完后，甲醛濃度超過2.5ppm，有些高達十幾ppm。
家庭可以通過安裝甲醛傳感器、VOC傳感器和空氣質量傳感器，對甲醛、苯、甲苯等揮發(fā)性有機化合物（VOCs）進行獨立的氣體檢測，然后通過與空調、空氣凈化器等設備聯(lián)動，以達到新房污染檢測與處理相結合的目的，打造舒適的家居環(huán)境。
二、汽車內部的空氣質量監(jiān)測
汽車內部的污染源，主要來自車身本身的裝飾材料的揮發(fā)物，如甲醛、二甲苯、苯等。通過安裝甲醛傳感器、一氧化碳傳感器、 PM2.5傳感器，不僅起到監(jiān)測車內有害氣體的作用，還可以監(jiān)測車內一氧化碳的濃度，起到安全警示和提醒作用，防止悲劇發(fā)生。
三、辦公室內空氣質量監(jiān)測
現(xiàn)代人每天大約有80％時間生活、工作在室內，室內與室外的通風換氣機會大大減少。國外大量研究結果表明，室內空氣污染會引起“致病建筑綜合癥”（BBS），癥狀包括頭痛、眼、鼻和喉部不適，干咳，皮膚干燥發(fā)癢，頭暈惡心注意力難于集中和對氣味敏感等。建筑關聯(lián)病（BRI），癥狀有咳嗽，胸部發(fā)緊，發(fā)燒寒顫和肌肉疼痛等。
通過安裝氣體傳感器可以監(jiān)測PM2.5、PM10、溫濕度、二氧化碳、甲醛、VOC、氨氣、氧氣等多種物質，提醒您注意防范污染。

氣體傳感器的發(fā)展：氣體傳感器的發(fā)展歷程

　　傳感器是物聯(lián)網(wǎng)應用的主干和關鍵要素。傳感器作為通向現(xiàn)實世界的接口，是物聯(lián)網(wǎng)中的關鍵“組成部分”，提供與壓力、溫度、位置、角度、時間、電流、電壓等物理參數(shù)相對應的電子信號。而氣體傳感器則是傳感器技術領域中重要門類之一，它包括半導體氣體傳感器、固體氣體傳感器、催化燃燒氣體傳感器、電化學氣體傳感器、光學氣體傳感器等，橫跨了功能材料、電子陶瓷、光電子元器件、MEMS技術、納米技術、有機高分子等眾多基礎和應用學科。

氣體傳感器的發(fā)展：氣體傳感器的應用前景，你了解嗎？

氣體傳感器是化學傳感器中的一種，通常被用于建設環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)，同時在氣體探測領域的應用也非常多。在環(huán)境污染問題日益嚴重的今天，空氣質量是全國乃至全世界重點關注的難題，氣體傳感器的出現(xiàn)，能夠針對環(huán)境氣體質量進行監(jiān)控分析，為環(huán)境監(jiān)測問題帶來了便利。那么除此之外，氣體傳感器的應用前景還有哪些呢？下面，傳感愛好者就帶您來詳細了解一下吧！
氣體傳感器發(fā)展前景
在國外，氣體傳感器技術起步較早，發(fā)展也比較快。這是因為人們安全意識增強，并且對環(huán)境安全性和舒適度的要求都逐漸提高了;在國內，傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動以及相關政策的支持，因此，國內的氣體傳感器技術也有著比較快的發(fā)展。
綜上，氣體傳感器的發(fā)展前景趨勢可集中表現(xiàn)為：
一、提高靈敏度和工作性能
降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應用整機相結合，這也是氣體傳感器一直追求的目標。如日本費加羅公司推出了檢測硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供 了壽命達10年以上的氣體傳感器，美國Firstalert公司推出了生物模擬型（光化反應型）低功耗CO氣體傳感器等。
二、增強可靠性
實現(xiàn)元件和應用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準和監(jiān)視故障狀況功能，實現(xiàn)了智能化;還有美國IST公司具有微理器的“MegaGas” 傳感器實現(xiàn)了智能化、多功能化。
氣體傳感器的優(yōu)缺點
優(yōu)點
氣體傳感器以及其儀器的應用相當廣泛，非常適用于監(jiān)測近乎各種易氣體。同時其精度高、選擇性好、不中毒、高可靠性、且不會依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素是非常小的，在未來將會逐步成為傳感器市場的主流。
缺點
由于正在處于技術起步發(fā)展階段，面臨技術壁壘高，國內市場占有率低，規(guī)模化生產程度低，成本較高。
以上就是氣體傳感器的應用前景介紹了，傳感器作為現(xiàn)代科學高新技術發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，是環(huán)境和信息的重要連接點，在智能自動化時代，我們也能看見越來越多先進的傳感器。無論是居家產品，還是外出服務，我們也能經(jīng)常享受到傳感器帶來給我們的便利！
 

氣體傳感器的發(fā)展：氣體傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

摘要：隨著科學技術和制作工藝的發(fā)展、安全意識的提高，氣體傳感器在家庭生活和工業(yè)中起到越來越重要的作用。本文就氣體傳感器的設計原理、分類、幾種常用的氣體傳感器的工作原理及發(fā)展前景進行了綜述。
關鍵詞：氣體傳感器；設計原理；分類；工作原理；發(fā)展前景.
Abstract：With the development of science and technology and craftsmanship and the improvement of safety awareness, gas sensors play an increasingly important role in the life and work. In this paper, the design principle of the gas sensor, classify, the working principle of a few frequent gas sensor, and developing prospects are summarized.
Key Words：Gas sensor; Design principle; Classify; Working principle ; Developing prospect.
中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
由于人們生活水平的逐漸提高，伴隨著越來越多的天然氣、液化氣、熱水器等氣體及電子設施的廣泛使用，爆炸、中毒事件也時有發(fā)生，安全隱患防范愈來愈顯得重要,因此，監(jiān)控設施是否正常運轉、環(huán)境中相關參數(shù)是否安全顯得愈發(fā)重要。利用氣體傳感器監(jiān)控環(huán)境變化，有助于預防災害的發(fā)生。氣體傳感器在安全數(shù)字化社區(qū)的建設中占據(jù)越來越重要的位置。本文就目前普遍使用的氣體傳感器的設計原理、種類、發(fā)展前景及發(fā)展方向進行了綜述。
2 氣體傳感器的設計原理
氣體傳感器是是氣體檢測系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測頭內。理論上，氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息，通過氣體體積積分數(shù)轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行分析處理，主要包括濾除雜質和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，進而對樣品進行化學處理，有助于化學傳感器進行快速的測量。
3 氣體傳感器的分類
氣體傳感器的種類很多，分類標準不一。根據(jù)傳感器的工作原理主要有半導體傳感器（電阻型和非電阻型）、絕緣體傳感器（接觸燃燒式和電容式）、電化學式（原電池型、恒電位電解池型、濃差電池型、極限電流型），固體電解質氣體傳感器，還有紅外吸收型、光纖型、石英振蕩型、熱傳導型、聲表面波型、氣體色譜法等[1]；根據(jù)氣體傳感器的氣敏特性可分為電學類氣體傳感器、光學類氣體傳感器、電化學類氣體傳感器和高分子材料生物氣體傳感器等[2]。
4 氣體傳感器的種類
本文詳細只介紹的幾種常見的氣體傳感器。
4.1 半導體氣體傳感器
自從1953年Brattain和Bardeen等人發(fā)現(xiàn)半導體鍺的電阻率會因其表面吸附氣體而發(fā)生改變的現(xiàn)象以后，半導體氣體傳感器得到了廣泛的研究和應用[3]。
半導體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導體氧化物材料做成的元件, 與氣體相互作用時產生表面吸附或反應, 引起以載流子運動為特征的電導率或伏安特性或表面電位變化。這些都是由材料的半導體性質決定的[4]。
半導體氣體傳感器的工作機理和性能參數(shù)除了與氣體敏感材料的特性密切相關以外，還受傳感器工作溫度的強烈制約和影響。因此到目前為止，達到實用水平的半導體氣體傳感器都有一個加熱器作為其賴以工作的基礎平臺。而且，隨著研究的深入，加熱器已不僅僅只是為傳感器提供合適的工作溫度，還扮演著對傳感器實現(xiàn)熱清洗、溫度調制等復雜功能。因此，半導體氣體傳感器自誕生以來的發(fā)展歷史，也始終是以提高其靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性和降低功耗為目標，圍繞著改進加熱器的結構和氣敏材料的特性及其相互作用的關系為主線而展開的。
4.2電化學型氣體傳感器
大部分可燃性、有毒有害氣體都有電化學活性，可以電化學反應被氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學氣體傳感器又可以分為幾小類：
（1）原電池型氣體傳感器（也稱：伽伐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(fā)電池型氣體傳感器），其使用原理同干電池相似，只是氣體電極代替了碳錳電極。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(fā)生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)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(fā)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。
4.3 接觸燃燒式氣體傳感器
一般情況下，空氣中可燃性氣體的濃度都不太高(低于10％)，可燃性氣體可以完全燃燒，其發(fā)熱量與可燃性氣體的濃度有關。
根據(jù)燃燒方式的不同，接觸燃燒式氣體傳感器又可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。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在催化劑作用下氧化燃燒，產生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，測量電阻變化從而測量氣體濃度。空氣中可燃性氣體濃度愈大，氧化反應(燃燒)產生的反應熱量(燃燒熱)愈多，鉑絲的溫度變化(增高)愈大，其電阻值增加的就越多。因此，只要測定作為敏感件的鉑絲的電阻變化值(ΔR)，就可檢測空氣中可燃性氣體的濃度。這種傳感器已普遍應用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監(jiān)測和報警。
4.4固體電解質氣體傳感器
固體電解質氣體傳感器使用固體電解質氣敏材料做氣敏元件。其原理是氣敏材料在通過氣體時產生離子，從而形成電動勢，測量電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領域，僅次于金屬氧化物半導體氣體傳感器。如測量H2S的YST-Au-WO3、測量NH3的NH4 - CaCO3等[7]。開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報警、檢測、識別、智能決策等方面的作用。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對于控制事故損失具有重要的作用。現(xiàn)在，氣體傳感器的研究和開發(fā)非常活躍，新的氣敏材料不斷出現(xiàn)，氣體傳感器的智能化也得到了一定發(fā)展。相信在有關科研人員的不斷努力下，將會有技術更加成熟的智能氣體傳感系統(tǒng)，在氣體泄漏事故處置中的應用將會更加廣泛。
5 氣體傳感器的發(fā)展前景
由上述可知，作為監(jiān)測系統(tǒng)，不同種類氣體傳感器能滿足不同的需求，然而隨著科技的進步、時代的發(fā)展，在工業(yè)生產、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領域對氣體傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發(fā)也愈發(fā)重要，氣體傳感器未來發(fā)展空間主要有以下幾點。