接触燃烧式气体传感器原理
气敏传感器及其工作原理
气敏传感器及其工作原理指导老师：雷家珩汇报者：周华汇报时间：2011.11.2目录•气敏传感器定义•气敏传感器分类•气敏传感器工作原理•气敏传感器的应用•气敏传感器研究现状与发展趋势•参考文献1 气敏传感器定义气敏传感器是一种将检测到的气体成份和浓度转换为电信号的传感器。
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
2 气敏传感器分类半导体式气敏传感器气敏传感器绝缘体气敏传感器电化学气敏传感器光干涉式气敏传感器热传导式气敏传感器红外线吸收散式气敏传感器电阻型非电阻型接触燃烧式型电容式恒电位电解式伽伐尼电池式3 气敏传感器工作原理3.1 半导体气敏传感器工作原理●半导体气敏传感器(见图1,2)由气敏部分、加热丝及防爆网等构成,它是在气敏部分的SnO2、Fe2O2、ZnO2等金属氧化物中添加Pt、Pd等敏化剂的传感器。
●半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属氧化物)表面接触时,产生的电导率等物性变化来检测气体。
半导体气敏器件被加热到稳定状态下,当气体接触器件表面而被吸附时,吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附) ,失去其运动能量,其间的一部分分子蒸发,残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。
这时,如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力,则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。
具有负离子吸附倾向的气体有O2和NOx,称为氧化型气体或电子接收性气体。
如果器件的功函数大于吸附分子的离解能,吸附分子将向器件释放电子,而成为正离子吸附。
具有这种正离子吸附倾向的气体有H2、CO、碳氢化合物和酒类等,称为还原型气体或电子供给性气体。
图1 半导体气敏传感器结构图图2 半导体气敏传感器的符号表示●当氧化型气体吸附到N型半导体上,还原型气体吸附到P型半导体上时,将使载流子减少,而使电阻增大。
气体传感器的工作原理
气体传感器的工作原理
气体传感器是一种用于检测环境中气体浓度的装置。
它的工作原理基于气体分子与传感器之间的相互作用。
常见的气体传感器工作原理可以分为以下几种：
1. 电化学传感器：通过电化学反应来检测气体浓度。
传感器通常由电极、电解质和气体检测膜组成。
当气体分子与检测膜接触时，会发生氧化还原反应，产生电流或电压变化，进而测量气体浓度。
2. 半导体传感器：利用气体分子与半导体表面之间的相互作用来检测气体浓度。
传感器中的半导体材料被气体吸附后，会导致电阻变化，通过测量电阻变化来确定气体浓度。
3. 光学传感器：利用气体分子对特定波长的光的吸收特性来检测气体浓度。
传感器通过发射特定波长的光，并测量其经过气体后的吸收程度，从而得到气体浓度信息。
4. 热导传感器：通过测量气体传导热的能力来检测气体浓度。
传感器中的一个热源将热量传递到气体，气体的热导率与浓度相关，通过测量传感器的温度变化来确定气体浓度。
5. 比色传感器：根据气体对特定颜色光的吸收程度来检测气体浓度。
传感器通过发射特定颜色的光，并测量其经过气体后的光强度变化，来推断气体浓度。
值得注意的是，不同的气体传感器工作原理可能存在差异，具体的应用还需根据传感器类型和检测气体的特性进行选择。
气体传感器原理
气体传感器原理气体传感器是一种用于检测和测量环境中气体浓度的设备。
它广泛应用于工业生产、环境监测、生命科学等领域。
本文将介绍气体传感器的工作原理以及常见的气体传感技术。
一、气体传感器工作原理气体传感器的基本工作原理是通过感知环境中气体浓度的变化，并将其转化为电信号进行测量和分析。
1. 变化感知气体传感器通常使用特定的材料或化学物质，这些材料与目标气体发生化学反应或吸附。
当目标气体浓度发生变化时，传感器材料的性质也会发生变化。
例如，对于氧气传感器，它使用了氧离子导体，当氧气浓度增加时，氧离子浓度也会增加，导致电阻值发生变化。
2. 信号转化气体传感器将感知到的变化信号转化为电信号。
根据不同的传感技术，信号转化的方式也各不相同。
常见的信号转化方式包括电容变化、电阻变化、电荷转移和化学反应等。
3. 信号测量转化后的电信号可以由电路进行测量和分析。
通过将电阻、电容等物理量与气体浓度相关联，可以得到准确的浓度测量结果。
通常，在气体传感器中还会加入温度和湿度的补偿电路，以确保测量结果的准确性。
二、常见的气体传感技术1. 热导型传感器热导型传感器利用气体导热性的差异来测量气体浓度。
它包含一个加热元件和几个温度传感器。
当气体进入传感器时，不同气体的导热性会导致温度传感器的输出信号发生变化，通过测量温度差异可以确定气体浓度。
2. 电化学传感器电化学传感器基于气体与电极表面发生化学反应的原理。
它通常包含一个工作电极、一个参比电极和一个计数电极。
当特定气体与工作电极发生反应时，会产生电流或电压变化，通过测量这些变化可以确定气体浓度。
3. 光学传感器光学传感器利用特定波长的光与气体发生吸收或散射的原理来测量气体浓度。
传感器通过发射特定波长的光源并测量光的强度变化，通过比较原始光信号和经过气体吸收或散射后的光信号，可以得出气体浓度的结果。
4. 表面声波传感器表面声波传感器利用声波在材料表面的传播速度和衰减程度与气体浓度的关系来测量气体浓度。
气体传感器原理
气体传感器原理
气体传感器原理是通过感知目标气体分子的存在与浓度变化，并将其转化为相应的电信号输出。
气体传感器中常用的原理包括电化学原理、光学原理、热学原理、半导体原理等。
其中，电化学原理是利用气体与电极之间的化学反应产生电流的变化来检测目标气体的存在与浓度。
此类传感器通常由感受层、电极和电解质组成。
感受层会吸收气体，并引发与电极和电解质之间的反应，使得电流产生变化。
光学原理则是利用气体分子对光的吸收、散射或发射特性来测量气体浓度。
例如，红外吸收光谱技术可通过检测气体分子对特定波长红外光的吸收程度来确定气体浓度。
热学原理是通过测量气体感受层的温度变化来判断气体浓度。
当目标气体与感受层接触时，其热导率会发生变化，从而导致感受层的温度发生变化，进而被传感器测量。
半导体原理是利用气体分子与半导体材料之间的相互作用来检测气体存在与浓度变化。
当目标气体与半导体表面接触时，会发生电子转移，导致半导体材料的电阻发生变化。
测量这种电阻变化可以推测气体的浓度。
以上是一些常见的气体传感器原理，每种原理具有不同的优势和适用范围，可根据具体需求选择合适的气体传感器。
催化燃烧式传感器原理
催化燃烧式传感器原理催化燃烧式传感器是一种常用的气体检测传感器，可用于监测空气中的各种有害气体。
其原理是通过在传感器表面上镀有一层催化剂，使得待测气体在催化剂的作用下发生氧化反应，产生热量。
通过测量催化剂表面的温度变化，可以间接判断待测气体的浓度。
催化燃烧式传感器由催化剂层、加热元件和温度传感器组成。
催化剂层通常由铂、铑、钯等贵金属制成，这些金属对很多有害气体都具有良好的催化作用。
加热元件通常是一根纳米材料制成的细丝，通过通电加热，使得传感器表面的温度保持在催化剂的活性温度范围内。
温度传感器则用于测量催化剂层表面的温度。
当待测气体进入传感器时，其与催化剂发生氧化反应，产生热量。
这些反应的特点是燃烧速度与气体浓度成正比。
由于传感器表面的加热元件保持在活性温度范围内，待测气体与催化剂接触后会开始燃烧，进而造成传感器表面温度的升高。
这时，温度传感器会测量到传感器表面温度的变化。
根据燃烧速度与气体浓度的关系，可以通过测量到的温度变化推断待测气体的浓度。
催化燃烧式传感器的优点是简单可靠，并且对多种有害气体都有较好的响应。
它广泛应用于供暖系统、工业过程监测、环境监测等领域。
然而，催化燃烧式传感器也存在一些局限性。
首先，传感器的响应速度较慢，需要一定时间才能达到稳定状态。
其次，由于催化剂活性的影响，传感器对某些气体的响应不够灵敏。
此外，催化燃烧式传感器对氧气浓度的变化也非常敏感，因此要求测量环境中氧气浓度保持稳定。
总之，催化燃烧式传感器通过催化剂的作用使待测气体发生氧化反应，通过测量催化剂表面温度的变化间接推断气体浓度。
该传感器具有简单可靠、对多种有害气体响应良好的特点，广泛应用于气体检测领域。
然而，它的响应速度较慢，对氧气浓度较为敏感，且对某些气体的响应不够灵敏。
触媒燃烧式气体侦测器原理
触媒燃烧式气体侦测器原理触媒燃烧式触媒燃烧式传感器是目前可燃性气体检测仪最广泛使用的传感器元件。
接触可燃式制作工艺大致介绍如下：用Φ约0.05mm 的铂金丝，绕成螺旋状，并切成相同的一小段,在铂金旋圈外分多次涂上氧化铝载体，做成白色多孔元件,取其中一个作为补偿元件(该元件不能与可燃性气体进行接触燃烧)。
另一个在载体上面涂以含铂、钯的溶液，使元件表面形成触媒体，这种元件叫检测元件，也叫黑元件。
当含氧气的可燃性气体接触到检测元件表面时，能产生接触燃烧反应。
由于检测元件表面涂铂、钯触媒，气体在其表面燃烧温度可以很低。
由补偿元件和检测元件组成惠斯登电桥电路。
电路通以稳定的电流给元件加热。
在无可燃气体的情况下，电桥是平衡的电流输出，当检测元件接触到含氧可燃气体时，在元件表面进行接触燃烧反应。
这种反应热使检测元件的温度上升，电阻增大，而补偿元件的表面因没有涂催化剂，元件对可燃性气体是惰性的，不产生燃烧反应，元件电阻仍保持恒定。
检测元件燃烧反应电阻变化与可燃性气体浓度在一定范围内是成正比关系的，也就是电桥电路因检测元件电阻变化而输出电流也变化，其输出电流与可燃性气体浓度成比例关系，我们利用这个原理就可检测可燃性气体的浓度。
优秀的可燃性催化燃烧气体检测元件因是采用多层被膜触媒方式制造，具有良好的长期稳定性，同时功率特性（适用于固定式，便携式各种型号的仪器元件是不同的，特别是用于便携式仪器元件消耗功率小等特点）、精度高、反应特性良好、元件寿命长。
当触媒燃烧式监测器处于开机之状态时，由于电流的供应，使得感测组件及温度补偿组件被加热至400℃左右的高温，当周围空气中含有可燃性气体时，感测组件由于涂覆有触媒催化剂，可燃性气体在触媒之催化下，可以在较低的温度下(约400℃)便进行氧化反应，并释出热量，此能量造成白金线圈之温度上升，此时电阻亦随之升高，所以量出感测组件与温度补偿组件间之电位差即可得知气体浓度，由于电压大小与感测之浓度成正比，藉此可作为气体感测之感应讯号。
气体传感器工作原理
气体传感器工作原理
气体传感器是一种用来检测和测量空气中特定气体浓度的装置。
它的工作原理基于气体分子的相互作用和电信号的测量。
气体传感器通常由两个主要部分组成：传感器元件和信号转换器。
传感器元件是用来感知气体的存在和浓度变化的，而信号转换器则将传感器元件感知到的信号转换为可以读取和分析的电信号。
不同类型的气体传感器使用不同的工作原理，但其中最常见的几种工作原理如下：
1. 电化学传感器：这种传感器基于气体分子与电极表面的相互作用。
当目标气体分子接触到电极表面时，会引起电化学反应，并产生电流或电压变化。
这种电流或电压的变化可以被测量和记录下来，从而确定气体的浓度。
2. 光学传感器：这种传感器使用光学原理来检测气体浓度的变化。
它通过射入特定波长的光束进入检测区域，并测量光束经过气体后的吸收或散射程度。
当目标气体存在时，它会对光束产生特定的影响，从而可以测量出气体的浓度。
3. 热导传感器：这种传感器通过测量气体对热量的传导进行测量。
当气体存在时，它会吸收掉传感器元件产生的热量，导致温度变化。
传感器会测量温度变化的程度，并将其转换为对应的电信号来表示气体浓度。
这些仅仅是几种常见的气体传感器工作原理，实际上还有许多其他类型的气体传感器，如红外传感器、表面声波传感器等。
根据不同的应用需求，选择适合的气体传感器工作原理才能更准确地测量目标气体的浓度和变化。
催化燃烧式传感器工作原理
催化燃烧式传感器工作原理催化燃烧式传感器工作原理催化燃烧式传感器属于高温传感器，催化元件的检测元件是在铂丝线圈（φ0.025~φ0.05）上包以氧化铝和粘合剂形成球状，经烧结而成，其外表面敷有铂、钯等稀有金属的催化层，其结构如图所示对铂丝通以电流，使检测元件保持高温（300~400℃），此时若与可燃气体接触如甲烷气体，甲烷就会在催化剂层上燃烧，燃烧的实质是元件表面吸附的甲烷与吸附的氧离子之间的反应，反应完成后生成CO2和H2O解析，而气相中的氧由被元件吸附并解离，重新补充元件表面上的氧离子。
利用元件测量甲烷式基于在其表面测量甲烷燃烧反应放出的热量的原理，即燃烧使铂丝线圈的温度升高，线圈的电阻值就上升。
测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的浓度。
在实际应用中常采用惠斯顿电桥测量电路，如图所示。
电桥中黑元件既是检测元件，白元件为补偿元件，白元件与黑元件相比只缺少催化剂层，也就是说白元件遇到可燃气体不能燃烧，。
有一些厂家将黑白元件封装在一个防爆网内，也有一些厂家分别封装。
当空气中有一定浓度的可燃气体时，检测元件由于燃烧而电阻值上升，电桥失去平衡，由电压输出，起到检测作用。
可燃物在催化剂作用下燃烧。
与直接燃烧相比，催化燃烧温度较低，燃烧比较完全。
催化燃烧所用的催化剂为具有大比表面的贵金属和金属氧化物多组分物质。
例如家用负载Pd或稀土化合物的催化燃气灶，可减少尾气中CO含量，提高热效率。
负载0.2%pt的氧化铝催化剂，在500℃下，可将大多数有机化合物燃烧，脱臭净化到化学位移σ=1以下。
催化燃烧为无焰燃烧，因此适用于安全性要求高的场合，如以H2和O2为原料的燃料电池、用汽油或酒精为原料的怀炉(催化剂为浸Pt石棉)等。
如消除化工厂NOx的烟雾，可加燃料到烟雾中，通过负载型铂和钯催化剂，催化燃烧使NOx转化为N2气。
采用适当的催化剂，使用有害气体中的可燃物质在较低的温度下分解、氧化的燃烧方法。
气体探测器的传感器采用催化燃烧的方式检测气体，称为催化燃烧式传感器。
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题目传感器作业姓名王磊
学号********* 班级电气094 日期2011/11/1
接触燃烧式气体传感器
1、检测原理
可燃性气体(H2、CO 、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。
一般情况下，空气中可燃性气体的浓度都不太高(低于10％)，可燃性气体可以完全燃烧，其发热量与可燃性气体的浓度有关。
空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。
因此，只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。
但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。
这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应特性。
接触燃烧式气体敏感元件的桥式电路如图。
图中F1是检测元件；F2是补偿元件，其作用是补偿可燃性气体接触燃烧以外的环
境温度、电源电压变化等因素所引起的偏差。
工作
时，要求在F1和F2上保持100mA ～200mA 的电流
通过，以供可燃性气体在检测元件F1上发生氧化
反应(接触燃烧)所需要的热量。
当检测元件F1与
可燃性气体接触时，由于剧烈的氧化作用(燃烧)，
释放出热量，使得检测元件的温度上升，电阻值相
应增大，桥式电路不再平衡，在A 、B 间产生电位
差E 。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-∆+++=)()()(21121210R R R R R R R R E E F F F F F 因为F R ∆很小，可以在分母中省去，并且有2211R R R R F F =
则 ()()F F F F F R R R R R R R R E E ∆⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=12212110 如果令))(/(212110F F R R R R R E k ++=
则 F F F R R R k E ∆⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=21 这样，在检测元件F1和补偿元件F2的电阻比RF2/RF1接近于1的范围内，A ，B 两点间的电位差E ，近似地与ΔRF 成比例。
在此，ΔRF 是由于可燃性气体接触燃烧所产生的温度变化(燃烧热)引起的，是与接触燃烧热(可燃性气体氧化反应热)成比例的，即F R ∆可以用下面的公式来表示
C
Q m C R F ραρ
ρ=∆H =∆T =∆ ρ，C 和α的数值与检测元件的材料、形状、结构、表面处理方法等因素有关。
Q 是由可燃性气体的种类决定。
因而，在一定条件下，都是确定的常数。
则
kmb E = )(C
Q m b ρα= 即A 、B 两点间的电位差与可燃性气体的浓度m 成比例。
如果在A 、B 两点间连接电流计或电压计，就可以测得A 、B 间的电位差E ，并由此求得空气中可燃性气体的浓度。
若与相应的电路配合，就能在空气中当可燃性气体达到一定浓度时，自动发出报警信号，其感应特性曲线如
图。
2、结构
用高纯的铂丝,绕制成线圈,为了使
线圈具有适当的阻值(1Ω～2Ω),一般
应绕10圈以上。
在线圈外面涂以氧化铝
或氧化铝和氧化硅组成的膏状涂覆层,
干燥后在一定温度下烧结成球状多孔体。
将烧结后的小球,放在贵金属铂、钯等的盐溶液中,充分浸渍后取出烘干。
然后经过高温热处理,使在氧化铝(氧化铝一氧化硅)载体上形成贵金属触媒层,最后组装成气体敏感元件。
除此之外,也可以将贵金属触媒粉体与氧化铝、氧化硅等载体充分混合后配成膏状,涂覆在铂丝绕成的线圈上,直接烧成后备用。
另外，作为补偿元件的铂线圈,其尺寸、阻值均应与检测元件相同。
并且,也应涂覆氧化铝或者氧化硅载体层,只是无须浸渍贵金属盐溶液或者混入贵金属触媒粉体,形成触媒层而已。
触媒Al O 载体
Pt 丝
元件
(0.8-2)mm
(b)敏感元件外形图
接触燃烧式气敏元件结构示意图
(a)元件的内部示意图
3、应用举例：家用可燃性气体报警电路
该图是设有串联蜂鸣器的应用电
路。
随着环境中可燃性气体浓度的增加，
气敏元件的阻值下降到一定值后，流入蜂
鸣器的电流，足以推动其工作而发出报警
信号。