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口部毒剂报警器RF-DJ4700

简要描述:半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。

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  • 更新时间:2023-02-25
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气体传感器是气体检测系统的核心,通常安装在探测头内。从本质上讲,气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸,甚至对样品进行化学处理,以便化学传感器进行更快速的测量。


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目前,市场上的传感器种类繁多。通常以气敏特性来分类,主要可分为:半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光化学型气体传感器、高分子气体传感器等。下面对各类传感器进行简要介绍;


1、半导体气体传感器

半导体气体传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。


自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来,半导体气体传感器已经成为当前应用有实用价值的一类气体传感器,根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。


电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器,是一种用金属氧化物薄膜(例如:SnO2,ZnO,Fe2O3,TiO2等)制成的阻抗器件,其电阻随着气体含量不同而变化,气味分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器传导率的变化。为了消除气味分子还必须发生一次氧化反应,传感器内的加热器有助于氧化反应进程,它具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须工作于高温下、对气味或气体的选择性差、元件参数分散、稳定性不够理想、功率要求高.当探测气体中混有硫化物时,容易中毒。


非电阻式半导体气体传感器是MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管式(MOSFET)半导体气体传感器,其电流或电压随着气体含量而变化,主要检测氢和硅烧气等可燃性气体。其中,MOSFET气体传感器工作原理是挥发性有机化合物(VOC)与催化金属(如钮)接触发生反应,反应产物扩散到MOSFET的栅极,改变了器件的性能,通过分析器件性能的变化而识别VOC。通过改变催化金属的种类和膜厚可优化灵敏度和选择性,并可改变工作温度。MOSFET气体传感器灵敏度高,但制作工艺比较复杂,成本高。


2、电化学型气体传感器


电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数,市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器,近年来,又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数,和原电池式不同的是,需要由外界施加特定电压,除了能检测CO,NO,NO2,O2,SO2等气体外,还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早,通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数已电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。


3、固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。20世纪70年代开始,固体电解质气体传感器由于电导率高、灵敏度和选择性好,获得了迅速的发展,现在几乎应用于环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域,其产量大、应用广,仅次于金属氧化物半导体气体传感器。近来国外有些学者把固体电解质气体传感器分为下列三类:

材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子相同的传感器,例如氧气传感器等;

材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子不相同的传感器,例如用于测量氧气的由固体电解质SrF2H和Pt电极组成的气体传感器;

材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器;


4、接触燃烧式气体传感器

接触燃烧式气体传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式,其工作原理是气敏材料(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,电热丝由于燃烧而生温,从而使其电阻值发生变化。这种传感器对不燃烧气体不敏感,例如在铅丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器,具有广谱特性,即能检测各种可燃气体。这种传感器有时称之为热导性传感器,普遍适用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道和浴室厨房的可燃性气体的监测和报警。该传感器在环境温度下非常稳定,并能对处于爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测。


5、光学式气体传感器

光学式气体传感器包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等,主要以红外吸收型气体分析仪为主,由于不同气体的红外吸收峰不同,通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。目前的最新动向是研制开发了流体切换式、流程直接测定式和傅里叶变换式在线红外分析仪。该传感器具有高抗振能力和抗污染能力,与计算机相结合,能连续测试分析气体,具有自动校正、自动运行的功能。光学式气体传感器还包括化学发光式、光纤荧光式和光纤波导式,其主要优点是灵敏度高、可靠性好。

光纤气敏传感器的主要部分是两端涂有活性物质的玻璃光纤。活性物质中含有固定在有机聚合物基质上的荧光染料,当VOC与荧光染料发生作用时,染料极性发生变化,使其荧光发射光谱发生位移。用光脉冲照射传感器时,荧光染料会发射不同频率的光,检测荧光染料发射的光,可识别VOC。


6、高分子气体传感器

近年来,国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展,高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合等特点,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测具有重要作用。高分子气体传感器,对特定气体分子的灵敏度高、选择性好,结构简单,可在常温下使用,补充其他气体传感器的不足,发展前景良好。


7、石英振子式气体传感器

石英振子微秤(QCM)由直径为数微米的石英振动盘和制作在盘两边的电极构成,当振荡信号加在器件上时,器件会在它的特征频率(30MHz)发生共振。振动盘上淀积了有机聚合物,聚合物吸附气体后,使器件质量增加,从而引起石英振子的共振频率降低,通过测定共振频率的变化来识别气体。

在上述传感器中,电化学式传感器既能满足一般检测中对灵敏度和准确性的需要,又具有体积小、操作简单、携带方便、检测快速且价格低廉等优点。为此,在本设计中选用了国产的MQ-7型号的电化学气体传感器。


MQ-7传感器对一氧化碳具有很高的灵敏度,具有长期的使用寿命和可靠的稳定性,检测范围为20ppm~2000ppm,输出信号为伏特级,功耗≤0.2W,连续工作使用寿命大于叁年,可靠性好。它由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器够成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内,加热器为气敏元件提供了必要的工作条件,其中填充活性炭的过滤腔体能进一步减弱氮氧化物、烷类等气体的干扰。封装好的气敏元件有6只针状管脚,其中4个用于信号取出,2个用于提供加热电流。




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