气体传感器—空气污染物检测

气体传感器常用于探测可燃、易燃、有害气体的浓度,以及检测其他空气中常见气体的浓度。气体传感器按照检测原理不同,分为半导体式、电化学式、气相色谱式、热学式、磁学式、光学式等。可检测的气体包括:一氧化碳、二氧化碳(CO、CO2),二氧化硫(SO2),氮氧化物(NO、NO2),甲醛,苯及总挥发性有机化合物(TVOC),氧气(O2),氢气(H2),碳氢化合物等。

1)半导体式气体传感器

半导体式气体传感器是根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。

从作用机理上可分为表面控制型(采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件)、表面电位型(采用半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件)、体积控制型(基于半导体与气体发生反应时体积发生变化,从而产生电导率变化的工作原理)等。具有结构简单、检测灵敏度高、反应速度快等诸多实用性优点,但其主要不足是测量线性范围较小,受背景气体干扰较大,易受环境温度影响等。

2)电化学式气体传感器

电化学式气体传感器是利用被测气体的电化学活性,将其电化学氧化或还原,从而分辨气体成分,检测气体浓度的。较常见的电化学传感器类型有原电池型、恒定电位电解池型等。

目前,电化学传感器是检测有毒、有害气体最常见和最成熟的传感器。其特点是体积小,功耗小,线性和重复性较好,分辨率一般可以达到0.1ppm,寿命较长。不足是易受干扰,灵敏度受温度变化影响较大。

3)气相色谱式分析仪

气相色谱式分析仪是基于色谱分离技术和检测技术,分离并测定气样中各组分浓度,因此是全分析仪表。气相色谱仪的主要优点是灵敏度高,适合于微量和痕量分析,能分析复杂的多相分气体。缺点是定期取样不能实现连续进样分析,系统较为复杂,多用于试验室分析用,不太适合工业现场气体监测。

4)热学式气体传感器

热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。

热导式是利用气体的热导率,通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的,其仪表类型较多,能分析的气体也较广泛,包括H2、CO2、SO2、NH3、Ar等。

热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应,其中广泛应用的是气体的氧化反应,其典型为催化燃烧式气体传感器,主要用于检测可燃气体,如CO、H2、CH4、C2H2、石油蒸气、酒精蒸气、乙醚蒸气等可燃气体。

5)光学式气体传感器

工业中常用的类型有红外线气体分析仪、紫外线分析仪、光电比色式分析仪、化学发光式分析仪、光散射式分析仪等。可检测的气体包括SO2、氮氧化物(NO、NO2)、碳氢化合物、卤化物、臭氧(O3)等。

6)磁学式气体分析传感器

最常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器,其氧量的测量范围最宽,是一种十分有效的氧量测量仪表。常用的有热磁对流式氧量分析传感器(可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式)和磁力机械式氧量分析传感器。其典型应用场合有化肥生产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁,废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。

 
 
 
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