浅谈空气质量检测与主要气体传感器

苏州高等职业技术学校 李志伟



浅谈空气质量检测与主要气体传感器

苏州高等职业技术学校 李志伟

【摘要】大气中的空气品质对人的影响十分重要，研究及运用传感器技术是检测空气质量的一种热门方法，本文简要介绍了传感器及其测试技术，主要气体传感器工作原理及优缺点。最后对传感器的发展趋势和前景加以展望。

【关键词】空气质量；气体传感器；检测技术

1 气体传感器概述

工农业生产中，人们往往需要对接触到的有害气体进行检测和控制。其中以气体传感器作为最佳检测工具。它将有关气体的成分、浓度等物理特性转变为电信号，方便人们正确、有效的控制和应用。国内外气体传感器发展很快，原因在于人们对有害气体的安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是相关的安全法规推动了传感器市场的增长。

气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器已列为国家重点支持发展项目，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，研究、发展方向表现在几个方面：（1）新型气敏材料的研发。在传统的气敏材料中掺杂某些元素，研制、开发复合型及混合型的半导体、高分子气敏材料，使得它们对不同的气体表现出高灵敏度、高稳定性和高选择性的特性。（2）新型气体传感器研发。使用新型材料、新型工艺及新技术，进一步研究气体传感器的机理，使得它们更加微型化、多功能，具备性能稳定、使用方便和价格低廉等特点。（3）借助计算机技术是的传感器更加智能化。将气体传感器与计算机技术结合，研制出新型仿生气体传感器是未来传感器发展的主要方向。

2 气体传感器测试技术概述

气体传感器测试技术的发展并未能跟上气体传感器技术发展的速度。影响这一发展的原因是多方面的。比如：如何快速实现气敏元件的检验和分档，如何提高测试效率、精度。更为重要的是手工测试无法实现动态测量，从而不能准确的测得气敏元器件的响应时间曲线、恢复时间曲线等参数，限制了气敏元件的进一步研究和应用。从检索和专利资料来看，对于气体传感器的研究，国外仅有日本的费加罗公司借助单片机开发出一种自动巡回监测系统。国内，“八五”期间，课题研究小组成功地研制出基于上下位机结构的气体传感器测试系统，为我国气体传感器检测系统的研究做出了突出贡献。“九五”期间，专家组又对此检测系统进行了多方面的改进，基于虚拟仪器技术和相关原理开发出一种新型气体传感器检测系统。但是，他们在应用中，不同程度上暴露了的缺点，阻碍了系统的进一步推广与应用。相信，该测试系统经改进后，将以更强的功能、更高的灵活性和性能价格比的优势，增强气体传感器市场竞争力，开拓其广阔的应用前景。

3 主要气体检测传感器

下面简要介绍，在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。

（1）金属氧化物半导体式传感器。它利用被测气体的吸附作用，来改变半导体的电导率，通过对电流变化的比较，激发报警电路。它具有反应十分灵敏，工作稳定，价格便宜，功耗低，寿命长，价位低，应用简单等优点。广泛运用于测量气体的微漏现象。

（2）催化燃烧式传感器。根据惠斯通电桥原理，感应电阻与所在环境中的可燃气体发生无焰燃烧效应，温度值升高改变电阻的阻止，从而打破电桥平衡，通过相应的输出端口送出稳定的电流信号，其次，再经过后期电路的放大和处理等步骤显示输出稳定、可靠的数值。催化燃烧式传感器具有良好的输出信号条形、可靠稳定的指数、便宜的价格定位、与非可燃气体交叉干扰小等特点。

（3）定电位电解式传感器。此类传感器广泛应用于出现毒类气体等现场，是目前使用最为广泛的一种测毒方式。定电位电解式传感器国外研究、发展较多，且技术先进。国内研究较少，技术薄弱。目前使用的相关传感器多数依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构原理可简单描述如下：准备一个塑料筒状池，在池中的相应位置安装好工作电极、对电极及参比电极，讲电解液充满整个池中，然后使用专用材料做的隔膜半隔开电解液，封装塑料筒的顶部。连接前置放大器和传感器的电极，并在电极之间施加了一定的电位，保证出现电位

差，此时传感器即出于工作状态。

（4）迦伐尼电池式氧气传感器。工作原理及结构：在塑料容器的一面装特殊材料制作的透气膜，该透气膜应该具有良好的对氧气通透性，在容器的内侧粘有贵金属材质的电极，充当阴极。而在容器的另一面的内侧或空余的容器部分充当阳极。当流通的氧气在通过电解质时，阴极发生氧化反应，阳极发生还原反应。阳极的金属被还原离子化，释放出电子。这就是伽伐尼电池式氧气传感器的工作原理。目前，在国内此传感器及相应技术已成熟，完全可以国产化此类传感器。

（5）红外式传感器。红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏的优点。但其结构复杂，成本高。将装有该传感器的产品安装在家庭或卧室，可以用于测量空气中的CO2、温度、湿度水平，自动控制净化通风设备运转保持室内优良的环境。

4 结束语及展望

本文对气体传感器及其测试技术加以概述，并分别对主要的气体传感器工作原理、优缺点加以介绍。最后，气体传感器、检测技术的研究面临挑战。充分利用微机械与微电子技术，结合传感网技术和故障诊断技术，借助计算机技术和信号处理技术的优势，开发出使用范围广、普及程度高的新型传感器是未来研发的一大趋势。研制能够同时监测多种气体的全自动数字化智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。