气敏传感器的原理及应用

半导体气体传感器：

     半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件组织发生变化而制成的。当半导体器件被加热到稳定状态，在气体接触半导体表面而被吸附时，被吸附的分子首先在物体表面自由扩散，失去运动能量，一部分分子被蒸发掉，另一部分残留分子产生热分解吸附在物体表面。当半导体的功函数小于吸附分子的亲和力，则吸附分子将从器件夺走电子而变成负离子吸附，半导体表面呈现电荷层。

[1]例如氧气，等具有负离子吸附倾向的气体被称为氧化型气体。

     如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能，吸附分子将向器件释放出电子，而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有氢气、一氧化碳等，它们被称为还原性气体。 　

     当氧化型气体吸附到n型半导体，还原性气体吸附到p型半导体上时，将使半导体载流子减少，而使电阻增大。当还原型气体吸附到n型半导体上，氧化型气体吸附到p型半导体上时，则载流子增多，半导体阻值下降。 　

     非电阻型气体传感器也是半导体气体传感器之一。它是利用mos二极管的电容-电压特性的变化以及mos场效应晶体管的阈值电压变化等特性而制成的气体传感器。由于这类传感器的制造工艺成熟，便于器件集成化，因而其性能稳定价格便宜。利用特定材料还可以使传感器对某些气体特别敏感。

催化燃烧式传感器：
     可燃气体报警器的原理基本上都是催化燃烧式
催化燃烧式气体传感器是采用惠斯通电桥原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。

电化学传感器：
     电化学传感器是两电极系统。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体 扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。
     电化学气体传感器大都是以水溶液作为电解质，电解质的蒸发或污染，常会导致传感器的信号下降，使用寿命短;由于在空气中有被测物质存在，传感器中的有效成分被消耗，因此传感器一旦被启封，就视为参加了使用，即使没用于测量，它的生命也在缩短;电化学型气体传感器的寿命期望值为2年，使用不当它的寿命可能更短，而传感器更换的费用较高。因此如何保证其使用寿命，传感器的正确维护对烟气分析仪的使用尤为重要。    

     电化一般应用于硫化氢、甲醛、氯气等有毒气体的检测！

光离子气体传感器（PID）：
     光离子气体传感器又称PID气体传感器。采用光离子电离气体的原理制成的光离子气体传感器，具有体积小，灵明度高，即插即用，本安型等特点，光离子气体传感器在有机挥发物（VOCs）等微量气体的检测方面具有无可比拟的优势，由于封装模式完全兼容City Technology - 4P封装，因此可以非常便捷的集成到手持/台式/固定式气体探测系统中
     1.光离子气体传感器工作原理：   
     光离子气体传感器（PID）是采用光离子电离气体的原理进行气体检测的。 具体的说，就是使用离子灯产生的紫外光对目标气体进行照射/轰击，目标气体吸收了足够的紫外光能量后就会被电离，通过检测气体电离后产生的微小电流，即可检测出目标气体的浓度。   
     绝大多数空气成分（N2、O2和CO2）的光离子能量都高于离子灯所能提供的能量，所以空气的成分是不会被检测到的。因此，光离子气体传感器（PID）非常适合用来检测环境气体中的有机挥发物（VOCs），而且不受空气的干扰，检测精度可以达到ppb级别.。   
     2.光离子气体传感器（PID）检测气体类型：
光离子气体传感器（PID）是检测有机挥发物（VOCs）的最便捷、最灵敏的检测手段，特别是对于哪些浓度非常低的气体泄漏（leak）有着其他类型传感器不可比拟的优势， 概括的讲，光离子气体传感器（PID）主要用于有机挥发物（VOCs）的检测，这些挥发物包括：
  • 芳香类：苯、二甲苯、萘等；
  • 饱和烃和不饱和烃类：辛烷、乙烯、环己烷等；
 • 酮、醛、醚类：丙酮、丙醛、丙甲醚等；
 • 卤代烃类、硫代烃类、醇类、酯类、肼类等。
 • 此外，可检测的无机物包括：砷、氨。
 下列物质是不能用光离子传感器去探测的：
  • 空气，包括：N2，O2，CO2和水，
 • 有毒有害气体：CO， HCN，SO2。
 • 天然气：CH4、C2H6.
 • 酸类：HCL，HF，HNO3。
 • 其他：氟利昂、O3 

     目前，光离子气体传感器（PID）已经被集成到手持、固定式、台式气体探测器以及专业的实验检测仪器上，广泛应用在化工、石油、环保、制药、酿酒等诸多行业，为安全生产、环境保护和危害检测保驾护航。

红外气体传感器：

    光谱吸收法表明许多气体分子在红外波段存在特征吸收;根据朗伯-比尔定律，特征吸收强度与气体浓度成正比例关系。据此原理设计而成的红外气体分 析器可用于分析混合气体中某种或某几种待测气体组分的浓度，是一类非常重要、非常经典的气体分析器。

     基于气体的红外吸收光谱特性，非单元素的极性气体分子 在中红外（2.5～25μm）波段存在着分子振动能级的基频吸收谱线，因此红外气体分析器灵敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析;且选择性好，可以实现背景气体对测量分析基本没有影响。

    红外传感器的应用很广，在检测很多种的气体中都使用到它，而且它的可靠性很高，选择性很好，精度也高，没有毒，受到环境的干扰较小，寿命比较长，对氧气不依赖等等的优点，在未来的市场中很可能会成为主流的。

     当然，它也有缺点，因为处在刚刚起步的阶段，技术不够精湛，而且市场上很少，制造的成本比较高，这些种种的缺点对它在市场上的使用都有一定的限制。但是，希望在未来的技术发展中，可以发现更多更好的技术让它变得更加成熟，更加实用，在市场上的占有位置更高。