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不同类型气体传感器分类及优缺点

日期:2020-04-01 19:17
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摘要:不同类型气体传感器分类及优缺点气体传感器的定义: 量子级联激光器QCL比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。德国KNESTEL Technologie & Elektronik GmbH-TRACE-GAS公司设计和生产的LAS-NH3激光氨气分析仪用于**检测痕量氨气气体。LA激光氨气分析仪连续测量功能是通过Herriott长光程光池在真空状态下实现的,从而确保*高的选择性和*低的交叉干扰。LAS-NH3激光氨气分析仪直接测量过程,无需校准,无需测定诸如延迟时间等附加变量。LAS-NH3激光氨气分析仪分析仪广泛应用于选择性催化还原技术(SCR)和传感器的研究和开发、逃逸氨气监测。 TDLAS技术本质上是一种光谱吸收技术,通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。它与传统红外光谱吸收技术的不同之处在于,半导体激光光谱宽度远小于气体吸收谱线的展宽。 CLD化学发光法NO|NO2|NOx氮氧化物气体分析仪原理-单通道NO-NO2-NOx气体传感器

不同类型气体传感器的分类及优缺点

气体传感器的分类

不同类型气体传感器分类及优缺点:从检测气体种类上,通常分为可燃气体传感器(常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式)、有毒气体传感器(一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式)、有害气体传感器(常采用红外、紫外等)、氧气(常采用顺磁式、氧化锆式)等其它类传感器。

按传感器检测原理,通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器等。不同气体传感器的检测原理、特点和用途.

热学式气体传感器

不同类型气体传感器分类及优缺点: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。其在工业界的应用已有几十年的历史,其仪表类型较多,能分析的气体也较广泛。

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(即燃烧),其典型为催化燃烧式气体传感器,其主要工作原理是在一定温度下,一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。

其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥,主要用于检测可燃气体等。

主要优点:对所有可燃气体的响应有广谱性,对环境温度、湿度影响不敏感,输出信号近线性,且其结构简单,成本低,计量准确,响应快速,寿命较长。主要不足:精度低,工作温度高 (内部温度可达700~800℃),有引燃爆炸的危险。电流功耗大,易受硫化物、卤素化合物等中毒的不利影响等。


电化学式气体传感器

不同类型气体传感器分类及优缺点: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。

电化学气体传感器分很多子类:

1、原电池型气体传感器(也称:加伏尼电池型气体传感器,也有称燃料电池型气体传感器,也有称自发电池型气体传感器),他们的原理行同我们用的干电池,只是,电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例,氧在阴极被还原,电子通过电流表流到阳极,在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

2、恒定电位电解池型气体传感器,这种传感器用于检测还原性气体非常有效,它的原理与原电池型传感器不一样,它的电化学反应是在电流强制下发生的,是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于:一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中,是目前有毒有害气体检测的主流传感器。

3、浓差电池型气体传感器,具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧,会自发形成浓差电动势,电动势的大小与气体的浓度有关,这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

4、极限电流型气体传感器,有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器,用于汽车的氧气检测,和钢水中氧浓度检测。

主要优点: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。

主要不足:易受干扰,灵敏度受温度变化影响较大。

氧化锆氧量传感器是电化学式成分分析传感器中发展比较晚的一种,开始出现于20世纪60年代,其工作基理是 根据浓差电池原理,通过测量待分析气体和参比气体因氧气浓度差异而导致的浓差电动势,来测量待分析气体中的含氧量。

不同类型气体传感器分类及优缺点: 氧化锆氧传感器基础理论的突破可以带来应用研究的迅猛发展,氧化锆离子导电现象的发现,在半个世纪后终于带来了氧气检测技术的突飞猛进。根据这一发现,实现了不同类型的氧传感器,主要包括浓度差型、离子流型、双离子流型等。


磁学式气体分析传感器

在磁学式气体分析传感器中,*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,利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围*宽,是一种十分有效的氧量测量传感器。

常用的有热磁对流式氧量分析传感器(按构成方式不同,又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。


光学式气体传感器

光学式气体传感技术是起步较晚,但发展*快的技术之一。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。

红外线式的工作原理是利用被测气体的红外吸收光谱特征或热效应而实现气体浓度测量的。常用光谱范围1~25μm,常用的类型有DIR色散红外线式和 NDIR非色散红外线式。红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类,准确测定气体浓度,包括二氧化碳、甲烷的检测。红外探测器使用无需调制光源,完全没有机械运动部件,完全实现免维护化。

非色散红外传感器Non-Dispersive InfraRed (NDIR)是一种由红外光源(IR source)、光路(Optics Cell)、红外探测器(IR Detector)、电路(Electronics)和软件算法(Algorithm)组成的光学气体传感器。NDIR传感器用一个广谱的光源作为红外传感器的光源,因为并没有一个分光的光栅或棱镜将光进行分光,所以叫非色散红外。光线穿过光路中的被测气体,透过窄带滤波片,到达红外探测器。通过测量进入红外传感器的红外光的强度,来判断被测气体的浓度。当环境中没有被测气体时,其强度是*强的,当有被测气体进入到气室之中,被测气体吸收掉一部分红外光,这样,到达探测器的光强就减弱了

  量子级联激光器(Quantum Cascade Laser, QCL)的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定。QCL受激辐射过程只有电子参与,其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转,从而实现单电子注入的多光子输出,并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器QCL比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。德国KNESTEL Technologie & Elektronik GmbH-TRACE-GAS公司设计和生产的LAS-NH3激光氨气分析仪用于**检测痕量氨气气体。LAS-NH3激光氨气分析仪连续测量功能是通过Herriott长光程光池在真空状态下实现的,从而确保*高的选择性和*低的交叉干扰。LAS-NH3激光氨气分析仪直接测量过程,无需校准,无需测定诸如延迟时间等附加变量。LAS-NH3激光氨气分析仪广泛应用于选择性催化还原技术(SCR)和传感器的研究和开发、逃逸氨气监测。可通过朗伯-比尔定律测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

不同类型气体传感器分类及优缺点:常用的紫外线分析仪有不分光紫外线分析仪和紫外荧光式分析仪,前者与红外线吸收原理类似,也是基于实测气体对紫外线选择性地吸收,其吸收特性也遵守比 尔定律,所使用的紫外波长范围是200~400nm。

紫外荧光式可做到不破坏样品而连续自动测量大气中的SO2含量。其灵敏度可达测量范围的0~2&TImes;10 -7 ,稳定性可做到在24h的漂移为满刻度的±2%,重复性达±2%满刻度,且共存的背景气体对测量的影响较小,具有寿命长,维修工作量小的显着优点。

光电比色式是基于比尔定律实现自动光电比色测量的,其适用的分析对象有SO2、NO、碳氢化合物、卤素化合物等。

CLD化学发光法(CLD,Chemiluminescent Detector)被认为是目前测定排气中氮氧化物NOx的*好方法,也是各国法规规定的优选测试方法。CLD化学发光法氮氧化物分析仪是基于NO能与臭氧O3能发生化学发光反应,且发光光强与NO的浓度成正比,而NO2是通过(钼)转换炉转换为NO再进行检测。反应腔室是NO与O3发生化学发光反应的场所,它的形状和内部结构会影响PMT光电倍增管探测器接收到的光子数,经过电路部分处理后将*终影响仪器的灵敏度。所以说反应腔室是整个系统中的核心部件。而O3臭氧的浓度及纯度等参数也同样对仪器的长期工作性能有重要影响。 一氧化氮NO和臭氧O3发生反应并产生一种特有的发光这种发光的强度与NO的浓度成线性比例关系。当受到电子激励的NO2分子衰减至较低的能量状态时便会发出红外光。明确地说就是:NO+O3→NO2+O2+hv。二氧化氮(NO2)必须首先转换成NO才能利用化学发光反应来进行测量。氮氧化物转换器采用钼作为催化剂,在高温下,将NO2转换为NO和O2 。NO2是通过一个被加热至大约325℃的钼转换炉来转换成NO的(不锈钢转换炉加热至625℃)。 

CLD化学发光法NO|NO2|NOx氮氧化物气体分析仪原理-单通道NO-NO2-NOx气体分析仪内部示意图和CLD化学发光法NO|NO2|NOx氮氧化物气体分析仪原理-双通NO-NO2-NOx气体分析仪内部示意图 

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**体浓度测量的。主要优点:结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。主要不足: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。

半导体式

它是利用一些金属氧化物半导体材料,在一定温度下,电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。优点:半导体式气体传感器可以有效地用于很多气体地检测。尤其是,这种传感器成本低廉,适宜于民用气体检测的需求。缺点:稳定性较差,受环境影响较大;尤其,每一种传感器的选择性都不是唯壹的,输出参数也不能确定。因此,不宜应用于计量准确要求的场所。

催化燃烧式

这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层,在一定的温度下,可燃性气体在其表面催化燃烧,燃烧是白金电阻温度升高,电阻变化,变化值是可燃性气体浓度的函数。

优点:催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体:凡是不能燃烧的,传感器都没有任何响应。催化燃烧式气体传感器计量准确,响应快速,寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关,在安全检测领域是一类主导地位的传感器。

缺点:在可燃性气体范围内,无选择性。暗火工作,有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。

热导式气体传感器原理

热导式气体传感器是根据混合气体的总导热系数随待分析气体的含量不同而改变的原理制成,由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂,遇热导系数比空气大的气体时检测元件电阻变小,遇热导系数比空气小的气体时检测元件电阻变大(空气背景),桥路输出电压变化,该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大,补偿元件起参比及温度补偿作用。它是一种常用的测量仪器,属于电学类气体传感器。它可以感知环境中某种气体浓度,在多个行业中都有一定的应用。它具有稳定性好、使用寿命长、测量精准等优点,同时热导式气体传感器也是存在一定的缺点的,下面小编就来为大家具体介绍一下热导式气体传感器的优缺点吧。

热导式气体传感器优点:热导传感器是*早用于气体检测的气体传感器。

Messkonzept GmbH公司的FTC130热导气体传感器,采用热导原理,同一传感器,经过设置可以测试16种组份的二元气体组份。Messkonzept公司的FTC130热导气体传感器测试每个二元组份的气体的量程都是0-100%Vol,分辨率为1ppm,精度可达0.5%FS。Messkonzept公司的FTC130热导气体传感器,响应时间非常快,达到1秒(T90),热导气体分析仪和传感器经过标定可以在特定的范围内对二元气体进行**测量。Messkonzept公司的FTC130热导气体传感器经过特定的薄膜处理,可以在高湿和腐蚀性气体中测量。

一、FTC130热导气体传感器新产品防爆处理 二、FTC130热导气体传感器新产品耐腐蚀处理 FTC130热导气体传感器新产品耐高湿度和抗冷凝处理

德国Messkonzept GmbH公司发布FTC130热导气体传感器新产品的技术指标:


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