前言：氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！氣體傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學(xué)。“氣體傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。

　　氣體傳感器原理應(yīng)用

　　氣體傳感器，是指利用各種化學(xué)、物理效應(yīng)將氣體成分、濃度按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，氣體傳感器的開(kāi)發(fā)研究越來(lái)越引起人們的重視，各種氣體傳感器應(yīng)運(yùn)而生。綜合氣體傳感器的應(yīng)用情況，主要有以下幾種用途：

　　有毒和可燃性氣體檢測(cè)　

? ? 　有毒和可燃性氣體檢測(cè)是氣敏傳感器最大的市場(chǎng)。主要應(yīng)用于石油、采礦、半導(dǎo)體工業(yè)等工礦企業(yè)以及家庭中環(huán)境檢測(cè)和控制。在石油、石化、采礦工業(yè)中，硫化氫、一氧化碳、氯氣、甲烷和可燃的碳?xì)浠衔锸侵饕獧z測(cè)氣體。在半導(dǎo)體工業(yè)中最主要是檢測(cè)磷、砷和硅烷。家庭中主要是檢測(cè)煤氣和液化氣的泄漏以及是否通風(fēng)。

　　燃燒控制　

? ?　 汽車工業(yè)是氣體傳感器又一重要市場(chǎng)。采用氧傳感器檢測(cè)和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，使燃燒過(guò)程最佳化。在大型工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程中采用帶有氣體傳感器的控制以提高燃燒效率減少?gòu)U氣排出，節(jié)省能源。氣體傳感器還可以用來(lái)檢測(cè)汽車或煙囪中排出的廢氣量。這些廢氣包括二氧化碳、二氧化硫和一氧化碳。

? ? ? ? 食品和飲料加工

　　在食品和飲料加工過(guò)程中，二氧化硫傳感器是極有用的器件。二氧化硫常用于許多食品和飲料的保存和檢測(cè)，使之含有保持特定的味道和香味所需最小的二氧化硫濃度。另外，氣體傳感器還被用來(lái)檢測(cè)葡萄酒、啤酒、高梁酒的發(fā)酵程度以保證產(chǎn)品均勻性和降低成本。

　　醫(yī)療診斷　　
? ? ? ? 可用氣體傳感器進(jìn)行病人狀況診斷測(cè)試，如口臭檢測(cè)，血液中二氧化碳和氧濃度檢測(cè)等。　
　表1例舉了氣體傳感器的主要檢測(cè)氣體和應(yīng)用場(chǎng)合。

　　氣體傳感器的品種繁多，限于篇幅，不可能一一敘述。本篇主要介紹應(yīng)用較為廣泛，國(guó)內(nèi)又有一定生產(chǎn)能力的氣體傳感器，它們是半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、接觸式氣體傳感器和熱傳導(dǎo)式氣體傳感器。有關(guān)光學(xué)類等其它氣體傳感器，請(qǐng)讀者參閱其他有關(guān)書籍。氣體傳感器主要特性

　　1 穩(wěn)定性

　　穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒(méi)有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10［%］。

　　2 靈敏度

　　靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制（TLV-thresh-old limit value）或最低爆炸限（LEL-lower explosive limit）的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。

　　3選擇性

　　選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過(guò)測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來(lái)確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。

　　4抗腐蝕性

　　抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。

　　氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過(guò)材料的選擇來(lái)確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_(kāi)發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。

　　1新氣敏材料與制作工藝的研究開(kāi)發(fā)

　　對(duì)氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料Zn0，SIlo2，F(xiàn)e203等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測(cè)方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個(gè)方向：一是利用化學(xué)修飾改性方法，對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性；二是研制開(kāi)發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)。

　　2新型氣體傳感器的研制

　　沿用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應(yīng)，優(yōu)先使用晶體材料（硅、石英、陶瓷等），采用先進(jìn)的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波導(dǎo)氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開(kāi)發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

　　3氣體傳感器智能化

　　隨著人們生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)保的日益重視，對(duì)各種有毒、有害氣體的探測(cè)，對(duì)大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)以及對(duì)食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)都對(duì)氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體的全自動(dòng)數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。氣體傳感器的選擇

　　1、根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境

　　根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。 要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大小；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。

　　2、靈敏度的選擇

　　通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲挠跀_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

　　3、響應(yīng)特性 （反應(yīng)時(shí)間）

　　傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn) （穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等）響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差。

　　4、線性范圍

　　傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便，