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    半導氣體感測器

    這種型別的感測器在氣體感測器中約佔60%,根據其機理分為電導型和非電導型,電導型中又分為表面型和容積控制型。

    (1)SnO2半導體是典型的表面型氣敏元件,其感測原理是SnO2為n型半導體材料。當施加電壓時,半導體材科溫度升高,被吸附的氧接受了半導體中的電子形成了O2或O2原性氣體H2、CO、CH4存在時,使半導體表面電阻下降,電導上升,電導變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導體,氧化性氣體使電導下降,對O2敏感。ZnO半導體感測器也屬於此種類型。

    a.電導型的感測器元件分為表面敏感型和容積控制型,表面敏感型感測材料為SnO2+Pd、ZnO十Pt、AgO、V2O5、金屬酞青、Pt—SnO2。表面敏感型氣體感測器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2、氟利昂。感測材料Pt—SnO2的氣體感測器可檢測氣體為可燃性氣體CO、H2、CH4。

    b.容積控制型感測材料為Fe2O8和TiO2、CO-MgO—SnO2體感測器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2、氟利昂,感測材料Pt—SnO2。

    容積控制型半導體氣體感測器可檢測氣體為液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐氣尾氣。

    (2)容積控制型的是晶格缺陷變化導致電導率變化,電導變化與氣體濃度成比例關係。

    Fe2O8、TiO2屬於此種,對可燃性氣體敏感。

    (3)熱線性感測器,是利用熱導率變化的半導體感測器,又稱熱線性半導體感測器,是在Pt絲線圈上塗敷SnO2層,Pt絲除起加熱作用外,還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱,表面吸氧,使自由電子濃度下降,可燃性氣體存在時,由於燃燒耗掉氧自由電子濃度增大,導熱率隨自由電子濃度增加而增大,散熱率相應增高,使Pt絲溫度下降,阻值減小,Pt絲阻值變化與氣體濃度為線性關係。

    這種感測器體積小、穩定、抗毒,可檢測低濃度氣體,在可燃氣體檢測中有重要作用。

    (4)非電導型的FET場效應電晶體氣體感測器,Pd—FET.場效應電晶體感測器,利用Pd吸收Hz並擴散達到半導體Si和Pd的介面,減少Pd的功函,這種對H2、CO敏感。非電導型FET場效應電晶體氣體感測器體積小,便於整合化,多功能,是具有發展前途的氣體感測器。[2]

    固體電解質氣體感測器

    這種感測器元件為離子對固體電解質隔膜傳導,稱為電化學池,分為陽離子傳導和陰離子傳導,是選擇性強的感測器,研究較多達到實用化的是氧化鋯固體電解質感測器,其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等於濃差電池的電勢。穩定的氧化鉻固體電解質感測器已成功地應用於鋼水中氧的測定和發動機空燃比成分測量等。

    為彌補固體電解質導電的不足,近幾年來在固態電解質上鍍一層氣敏膜,把圍周環境中存在的氣體分子數量和介質中可移動的粒子數量聯絡起來。

    接觸燃燒式氣體感測器

    接觸燃燒式感測器適用於可燃性氣H2、CO、CH4的檢測。可燃氣體接觸表面催化劑

    Pt、Pd時燃燒、破熱,燃燒熱與氣體濃富有關。這類感測器的應用面廣、體積小、結構簡單、穩定性好,缺點是選擇性差。[2]

    電化學氣體感測器

    電化學方式的氣體感測器常用的有兩種:

    (1)恆電位電解式感測器

    是將被測氣體在特定電場下電離,由流經的電解電流測出氣體濃度,這種感測器靈敏度高,改變電位可選擇的檢洌氣體,對毒性氣體檢測有重要作用。

    (2)原電池式氣體感測器

    在KOH電解質溶液中,Pt—Pb或Ag—Pb電極構成電池,已成功用於檢測O2,其靈敏度高,缺點是透水逸散吸潮,電極易中毒。[2]

    光學氣體感測器

    (1)直接吸收式氣體感測器

    紅外線氣體感測器是典型的吸收式光學氣體感測器,是根據氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分,非分散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有較高的靈敏度。

    另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關分光、二次導數、自調製光吸收法對NO、NO2、SO2、烴類(CH4)等氣體具有較高的靈敏度。

    (2)光反應氣體感測器

    光反應氣體感測器是利用氣體反應產生色變引起光強度吸收等光學特性改變,感測元件是理想的,但是氣體光感變化受到限制,感測器的自由度小。

    (3)氣體光學特性的新感測器

    光導纖維溫度感測器為這種型別,在光纖頂端塗敷觸媒與氣體反應、發熱。溫度改變,導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實用化程度,檢測氣體也是成功的。

    此外,利用其它物理量變化測量氣體成分的感測器在不斷開發,如聲表面波感測器檢測SO2、NO2、H2S、NH3、H2等氣體也有較高的靈敏度。

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