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技术浅谈 | 传统气体传感器技术优缺对比

 发布时间:2023.10.17     浏览次数:218

在工业生产过程中,无论是反应生成的气体堆积,亦或是参与生产的气体泄露,都将对生产作业造成一定的威胁和损失。需要对空间内气体进行安全监测,而用于检测气体的传感器便“应运而生”。
 
作为安全监测的“守望者”,气体传感器需要对气体具有较高的灵敏性和感知性。目前,市面上常见的气体传感器技术有:催化燃烧式传感器电化学传感器半导体传感器红外光离子传感器PID技术传感器




催化燃烧式传感器

该类传感器利用惠斯通电桥原理,由探测元件和补偿元件配对组成电桥臂。气敏材料(如Pt电热丝等)在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧,电热丝由于燃烧而升温,从而使其电阻值发生变化,电压变化随气体浓度增加呈正比例增加。优点:输出信号线性好、指数可靠、价格低廉,与其它非可燃气体无交叉干扰等特点。 局限:仅限监测可燃气体,某些含铅化合物(尤其是四乙基铅)、硫化合物、硅类、磷化合物、硫化氢和卤代烃可能会使传感器中毒或抑制。

半导体式传感器
 
该类传感器的工作原理是金属氧化物半导体的表面对目标气体进行吸附后,其电阻发生变化。可根据电阻阈值变化逆推气体浓度。优点:敏感性优越,可测量气体的微泄露现象。
局限:易受到其它气体干扰,检测不准确,产生误报。

电化学式传感器
这类传感器主要由传感电极(工作电极)和反电极组成,工作原理是通过传感电极与被测气体接触反应,产生相对的电信号。气体浓度与电信号成正比。优点耗电小、重复性好、寿命长以及高灵敏度,目前几乎广泛应用于科研领域。




局限:传感器需要约三周时间进行稳定操作,极端的空气湿度都会造成传感器寿命缩短。暴露时间越长,寿命越短。
红外式传感器

这类传感器依据朗伯-比尔定律。是将待测气体连续不断地通过一定长度和容积的容器,从容器可以透光的两个端面中的一个端面侧边射入一束红外光,然后在另一个端面测定红外线的辐射强度,最后依据红外线的吸收与吸光物质的浓度对比,就可知道被测气体的浓度大小。
优点:具有良好的测量针对性,主要检测低碳链碳氢化合物和CO2。
局限:功耗相对较大,探测结果易受粉尘和温度影响。

PID式传感器
 
这类传感器配备高能紫外室,当气体分子吸收高能紫外线产生电离现象,电离微粒产生的电流通过软件分析放大,可以根据电流大小推测分子浓度。优点:可以测量大多数VOC和TVOC气体,测量精度可达PPM级。




局限:成本高,应用范围小。综上所述,单一技术的气体传感器存在技术缺陷,探测效果存在失准情况,未能达成安全监测的预期效果。因此需要复合型气体传感器,如云室热过载复合式气体传感器,不仅可以探测泄露的工作气体,还可以监测到发生热过载的隐患器件,真正做到“安全无遗漏”。
 

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