工业气体传感器简述-20200906
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。
气体传感器的应用以及原理
气体传感器的应用以及原理气体传感器的概述气体传感器是一种能够检测气体浓度、组分和其它相关性质的装置。
它们被广泛应用于环境监测、工业安全、医疗诊断、汽车智能系统等领域。
气体传感器可以对气体的特定特性进行检测，并将检测结果转化为电信号输出，从而方便我们实时监测和控制气体的质量和浓度。
气体传感器原理气体传感器的工作原理通常基于吸附、电化学、半导体、光学等不同的物理和化学原理。
吸附型传感器吸附型传感器通过气体与传感器表面发生吸附作用来测量气体浓度。
传感器表面通常涂覆有特定的吸附剂，当所测气体接触到传感器表面时，气体会吸附在吸附剂上，并导致传感器电阻或电容的变化。
这种变化可以通过电路测量并转化为相应的电信号。
电化学型传感器电化学型传感器通过气体与电化学反应产生的电流或电势差来测量气体浓度。
传感器通常包含两个电极，一个工作电极和一个参考电极。
当气体进入传感器并与工作电极上的反应物发生反应时，会产生电流或电势差。
这个电流或电势差的大小与气体浓度成正比。
半导体型传感器半导体型传感器基于气体与半导体表面反应的性质来测量气体浓度。
传感器通常使用半导体材料作为传感器元件，当气体与半导体表面相互作用时，会改变半导体的导电性能。
通过测量半导体的电阻、电容或电势差的变化，可以确定气体浓度。
光学型传感器光学型传感器利用气体分子对特定波长的光的吸收或散射来测量气体浓度。
通常传感器会发射特定波长的光，并通过检测被气体吸收或散射后的光的强度变化来推导气体浓度。
气体传感器的应用环境监测气体传感器在环境监测中起到了至关重要的作用。
例如，二氧化碳传感器可以用于室内空气质量监测，甲醛传感器可以用于室内甲醛浓度的监测，臭氧传感器可以用于大气中臭氧的监测等。
这些传感器能够及时检测空气中的有害气体浓度，帮助我们了解环境的安全性。
工业安全工业领域中的工人需要经常接触各种有害气体，因此气体传感器用于工业安全监测有着重要的作用。
例如，瓦斯传感器用于检测煤矿、油井等地方的可燃气体浓度，一氧化碳传感器用于监测车间中一氧化碳的浓度等。
气体传感器介绍
气体传感器介绍1气体传感器简介1、稳定性2、灵敏度3、选择性4、抗腐蚀性2气体传感器分类1气体传感器简介气体传感器是电子鼻系统的核心，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浓度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、作干燥或制冷处理、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。
采样方法直接影响传感器的响应时间。
目前，气体的采样方式主要是通过简单扩散法，或是将气体吸入检测器。
简单扩散是利用气体天然向四处传播的特性。
目标气体穿过探头内的传感器，产生一个正比于气体浓度的信号。
由于扩散过程渐趋减慢，所以扩散法需要探头的位置非常接近于测量点。
扩散法的一个优点是它将气体样本直接引入传感器而无需物理和化学变换。
样品吸入式探头通常用于采样位置接近处理仪器或排气管道的情况，这种技术可以为传感器提供一种速度可控的稳定气流，所以在气流大小和流速经常变化的情况下，这种方法较值得推荐。
将测量点的气体样本引到测量探头可能经过一段距离，距离的长短主要是根据传感器的设计。
但采样线较长会加大测量滞后时间，该时间是采样线长度和气体从泄漏点到传感器之间流动速度的函数。
对于某SiH以及大多数生物溶剂，气体和汽化物样品量可能会因种目标气体和汽化物如4为它们的吸附作用甚至凝结在采样管壁上而减少。
在任何情况下，探头及其内部气体传感器都必须能够检测某给定值以上的气体浓度，并发出报警信号;或者说，当气体浓度低于给定值时，探头不允许发出警报。
经常误警会使人对传感器的可靠性产生怀疑，而忽略正确发出的警报，最终可能造成严重的后果。
在介绍气体传感器之前，有必要先对气体传感器的一些特性作一介绍:1、稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性。
它由零点漂移和区间漂移来考察。
零点漂移是指在没有目标气体时在整个工作时间内传感器对基本线性条件的响应的变化，理想情况下，一个传感器可以在连续工作情况下每年零点漂移小于10%。
气体传感器的原理与应用
气体传感器的原理与应用1. 引言气体传感器是一种能够检测特定气体浓度并将其转换为可读信号的设备。
它在各种领域中具有广泛的应用，如环境监测、工业安全等。
本文将介绍气体传感器的工作原理和常见应用。
2. 气体传感器的工作原理气体传感器根据气体浓度的变化来产生电信号，通常有以下几种工作原理：2.1 电化学传感器电化学传感器利用化学反应来测量气体浓度。
它包括一个电极，其中一个电极被覆盖上特定的电极材料，当待测气体与电极材料接触时，会发生化学反应，产生电信号。
2.2 红外传感器红外传感器通过测量气体吸收或散射红外辐射来检测气体浓度。
红外传感器通常使用红外光源和接收器，在特定波长下测量红外光的强度变化。
2.3 压电传感器压电传感器利用特定材料在气体浓度变化下产生电荷来测量气体浓度。
当气体分子与压电材料相互作用时，压电材料会产生电信号。
3. 气体传感器的应用气体传感器在许多行业中扮演着重要的角色，以下是几个常见的应用领域：3.1 环境监测气体传感器在环境监测中起到了至关重要的作用。
它们可以检测大气中的各种气体浓度，如二氧化碳、甲醛、一氧化碳等。
这些传感器帮助监测室内和室外环境的空气质量，并采取必要的措施来改善环境。
3.2 工业安全在工业领域中，气体传感器被广泛用于安全监测。
它们可以检测到可能存在的有害气体，如氨气、氯气、硫化氢等。
这些传感器可以帮助及时发现危险情况，并采取措施来保护工人的安全。
3.3 医疗诊断气体传感器在医疗领域的应用日益增多。
例如，氧气传感器可用于监测患者的呼吸情况，CO2传感器可用于检测呼吸气体中的二氧化碳浓度。
这些传感器帮助医生进行诊断和治疗，并提供准确的监测数据。
3.4 智能家居随着智能家居的兴起，气体传感器在家庭环境中的应用也变得越来越普遍。
例如，可燃气体传感器可用于检测煤气泄漏，一氧化碳传感器可用于检测来自燃气热水器等设备的一氧化碳泄漏。
这些传感器可以及时发出警报，保护家庭成员的生命安全。
气体传感器的工作原理和应用
气体传感器的工作原理和应用气体传感器是一种能够检测、测量和监测环境中气体浓度的设备。
它们被广泛应用于工业生产、室内空气质量监测、生命安全保护等领域。
本文将介绍气体传感器的工作原理以及常见的应用。
一、气体传感器的工作原理气体传感器的工作原理主要基于感测材料与目标气体之间发生的物理或化学反应。
以下是几种常见的气体传感器工作原理：1. 电化学传感器：这种传感器基于电化学反应原理，通过材料与目标气体之间的氧化还原过程来测量气体浓度。
传感器中的感测材料通常是一种电导率较高的金属催化剂，例如铂或钨。
当目标气体与感测材料接触时，发生氧化还原反应，导致电流的变化，从而测量气体浓度。
2. 光学传感器：这种传感器利用光学原理来测量目标气体浓度。
传感器中包含一个光源和一个接收器，光源会发出特定波长的光，当目标气体存在时，光的强度会发生变化。
通过测量光的强度变化，可以得出目标气体的浓度。
3. 热导传感器：这种传感器利用材料的热导率来测量目标气体浓度。
传感器中包含一个热电偶和一个加热器，热电偶通过测量目标气体对加热器产生的影响来测量气体浓度。
当目标气体存在时，热导率会发生变化，从而导致热电偶输出的电压发生变化。
二、气体传感器的应用气体传感器在许多领域都有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 工业生产：气体传感器在工业生产过程中起到了至关重要的作用。
例如，在化工厂中，气体传感器可以检测有毒气体的泄漏，及时采取措施保障工人的安全。
在煤气行业，气体传感器可以监测燃气的浓度，避免燃气泄漏引发火灾或爆炸。
2. 室内空气质量监测：随着人们对室内空气质量的关注度增加，气体传感器在室内环境监测中得到了广泛应用。
它们可以检测一氧化碳、二氧化碳、甲醛等污染物的浓度，帮助人们提高室内空气质量，保障健康。
3. 环境监测：气体传感器用于监测大气中的气体浓度，例如二氧化碳、二氧化硫、氨气等。
这对于环境保护和预防空气污染非常重要。
气体传感器还可以用于监测厨房、垃圾处理场等地方产生的臭味，及时采取措施减少环境污染。
气体传感器 讲解概要
?
13.1.10
SnO2气敏元件的工作原理A
? 烧气结敏型元件Sn。O2制气作敏元元件件的是气表敏面材电料阻多控孔制质型 S出nO现2烧两结种体情。况在：晶一体是中产如生果氧氧空不位足，，另将一 种是产生锡间隙原子。但无论哪种情况， 在禁带靠近导带的地方形成施主能级。 这些施主能级上的电子，很容易激发到 导带而参与导电。
况如图10-17所示。
13.1.5影响 SnO2气敏效应的主要因素
? 1）SnO2结构组成对气敏效应的影响 SnO2具有金红石型晶体结构，用于制作气敏元件的 SnO2，一般都 是偏离化学计量比的，在 SnO2中有氧空位或锡间隙原子。这种 结构缺陷直接影响气敏器件特征。一般地说， SnO2中氧空位多， 气敏效应明显。
气敏传感器
?
13.1 概述
13.1.1
? 1.产生原因: ? 为了确保安全，需对各种可燃性气体、有毒性气体进行检测。目前
实用气体方法很多，其中接触燃烧法和用半导体气敏传感器检测法
。 具有使用方便、费用低等特点
? 2.发展过程: 半导体气敏元件是 60年代初期研制成功的，最先研制的是 SnO2薄膜元
稀土类
酒精系可燃性气体
过渡金属
还原性气体
250～300
Sb2O3,Bi2O3
高岭土（陶土）， Bi2O3 WO
还原性气体 碳氢系还原性气体
500～800 200～300
13.1.6 SnO2气敏元件的结构
SnO2气敏元件分类: 主要有三种类型： 烧结型、 薄膜型 厚薄型。 其中烧结型气敏元件是目前工艺最成熟，应用最广 泛的元件，这里仅对其结构加以介绍。
气体传感器的应用原理描述
气体传感器的应用原理描述1. 概述气体传感器是一种常见的用于检测和测量空气中特定气体浓度的设备。
它可以广泛应用于工业控制、环境监测、安全检测等领域。
本文将介绍气体传感器的工作原理和应用。
2. 气体传感器的工作原理气体传感器主要通过感知空气中的目标气体的浓度变化来实现检测和测量。
主要工作原理可以归纳为以下几点：•化学传感原理：某些气体传感器通过利用物理吸附、化学反应或电化学反应来检测目标气体。
例如，电化学气体传感器利用气体与电极表面的反应来产生电信号，从而实现测量。
化学传感原理通常适用于可燃性气体、有毒气体等的检测。
•光学传感原理：光学气体传感器利用气体分子对光的吸收、散射或发射特性来检测气体浓度。
常见的例子是红外气体传感器，根据不同气体对红外光的吸收特性来测量气体浓度。
光学传感原理通常适用于二氧化碳、二氧化硫等气体的检测。
•电气传感原理：电气气体传感器利用气体的电特性变化来检测气体浓度。
例如，热导气体传感器根据目标气体的导热性与环境空气的区别来测量气体浓度。
电气传感原理适用于氧气浓度、温度等的检测。
3. 气体传感器的应用气体传感器在许多领域都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：•工业控制：气体传感器可以用于监测工业生产中的有害气体、可燃气体等，并及时发出报警。
这有助于保证工厂的安全生产。
•环境监测：气体传感器可以用于监测城市空气中的污染物浓度，如二氧化碳、一氧化碳、臭氧等。
这有助于改善城市环境质量和提高居民的生活质量。
•安全检测：气体传感器可以应用于家庭和办公场所的安全检测，如煤气泄漏检测、烟雾检测等。
这有助于减少火灾和爆炸事故的发生。
•医疗健康：气体传感器可以用于监测医疗设备中的氧气浓度，如呼吸机、麻醉设备等。
这有助于确保医疗过程的安全和有效。
•交通运输：气体传感器可以用于监测车辆尾气中的污染物浓度，如氮氧化物、颗粒物等。
这有助于改善交通环境和减少尾气排放对空气质量的影响。
4. 总结本文介绍了气体传感器的工作原理和应用。
气体传感器简介介绍
提高稳定性与寿命
趋势描述
提高气体传感器的稳定性和寿命是持续 追求的目标。稳定性决定了传感器在长 时间使用过程中输出信号的稳定性，而 寿命则关系到传感器的使用成本和维护 成本。
VS
技术挑战
在提高稳定性和寿命方面，需要解决材料 老化、抗干扰能力、自适应校准等技术难 题，以实现传感器在恶劣环境下的长期稳 定运行。
气体传感器简介介绍
汇报人： 日期:
目录
• 气体传感器概述 • 气体传感器的技术特点 • 常见气体传感器类型及其原理 • 气体传感器的应用案例 • 气体传感器的发展趋势与挑战
01
气体传感器概述
定义与工作原理
• 气体传感器是指能感受气体浓度变化并转换成可用输出信号的 传感器。其工作原理通常基于物理或化学效应，如电化学、光 学、热学等。当目标气体与传感器接触时，会引起传感器内部 物理或化学性质的变化，从而产生与气体浓度成比例的电信号 。通过对这个电信号的检测和处理，可以实现气体浓度的测量 。
总之，气体传感器作为 一种将气体浓度转化为 电信号的装置，在各个 领域都发挥着重要作用 。随着科技的不断发展 ，气体传感器的性能将 不断提升，应用领域也 将进一步拓展。
02
气体传感器的技术特点
敏感性
高灵敏度
气体传感器需要具备高灵敏度， 能够检测到极低浓度的目标气体 ，确保对环境中的气体变化做出 准确响应。
气体传感器的应用案例
环境监测中的气体传感器
大气污染监测
气体传感器可用于监测大气中的 有害气体，如二氧化氮、硫化氢 等，以评估空气质量并及时发出
污染警报。
室内空气质量监测
在室内环境中，气体传感器可检 测甲醛、苯等挥发性有机物，保
障人们呼吸健康。
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3、红外线气体传感器
工作原理： 当某物质受到红外光束照射时，该物质的分子就要吸收一部分能 量并将其转换为分子的振动和转动能量，同一种物质对不同波长 的红外辐射吸收程度不同，如果将不同波长的红外辐射按顺序通 过某物质，逐一测量其吸收程度，并记录下来，就得到该物质在 测定波长范围内的吸收光谱曲线
和催化类气体传感器，其产品既 ，其产品主要有半导体型（MOS）
包括O2、CO2、NO、NO2等常见气体 电化学以及催化燃烧型气体传感器
传感器，也包括HCL、CL2、联氨等 广泛用于工业，汽车，室内空气
工业用气的传感器
检测以及科学测量等领域
英国Alphasense
Dynament炜盛
Alphasense是位于英国的气体传 感器公司，主要产品是O2、有毒 气体和易燃气体传感器。该公司 传感器技术涵盖了电化学，催化，
工业气体传感器简述
山东公司 研发中心 2020.09.06
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1
目录
一、背景与发生原理
二、气体传感器分类及常用传感器工作 原理
三、气体传感器市场主要厂商
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2
背景与发生原理
背景： 由Seiyama T在1962年首先报道的，利用ZnO薄膜的表面电导在
气体中的变化来检测可燃性气体。同年，田口尚义发明了二氧化 锡基气体传感器，并通过贵金属掺杂大幅度地提高了对可燃性气 体的灵敏度，并实现了产业化。
阻值发生变化。
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5、热导气体传感器
热导池式气体传感器
每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导 率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。 这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高 浓度甲烷的检测。
这种气体传感器可应用范围较窄，限制因素较多。
这是一种老式产品，全世界各地都有制造商。产品质量全世界大 同小异。
在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化 或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出。(如：恒定电 位电解池型气体传感器)
第二类 :
将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用于离子电极， 把由此产生的电动势作为传感器输出。（离子电极式气体传感器）
第三类 :
将气体与电解质溶液反应而产生的点解电流作为传感器输出。(如： 电量式气体传感器)
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4
1、半导体氧化物型气体传感器
半导体氧化物气体传感器也称为化学电阻(chemiresistors). 电阻化的传感器的检测原理是基于其表面半导体吸附的气体分
子引起电阻薄膜上阻值变化。 气固的交互作用影响薄膜的电阻是因为薄膜内部的电阻率发生
改变
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半导体氧化物型气体传感器
试用范围： 半导体氧化物型气体传感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、 苯乙烯、丙烯酸、甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城 市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）等很多气体地检测。
优点： 这种传感器成本低廉，具有快速、简便等优点。并且适宜于民用 气体检测的需求。 缺点： 这些氧化物半导体的纯相是光谱性敏感材料，具有灵敏度低、选 择性不好、稳定性较差、且有的电阻大，同时受环境影响较大。
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2、电化学式气体传感器
电化学式气体传感器是一种化学传感器，一般分为下面几种类型：
第一类 :
发生原理： 气体传感器通过测量它附近气体浓度与气体相互作用，每种气体
都有一个独特的电场，传感器通过这些电场来识别气体，在装置内 通过测量电流放电来决定气体浓度。
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气体传感器分类
2.电化学式 气体传 感器
1.半导体氧化 物型气体 传感器
5.热导气体 传感器
ห้องสมุดไป่ตู้
3.红外线型 气体传 感器
4.接触燃烧 式气体 传感器
第四类：
不用电解质溶液，而用有机电解质、有机凝胶电解质、固态电解 质、固态聚合物电解质等材料制作传感器。(如：浓差电池式气体 传感器)
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电化学式气体传感器
适用范围： 电化学类气体检测仪主要用于检测毒性气体如： CO ,CO2 ,H2 ,O2 ,SO2 等。
优点： 选择性好、灵敏度高。 缺点： 对干扰气体也有响应 ,会引起误报 ,因而需要增加抗干扰部分， 寿命短 ,一般 1～2 年就应更换传感器。
红外线气体传感器基本机构 （由光学部件和测量电路构成，测量电路的
结构由光学部件及系统功能决定）
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4、接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器：
接触燃烧式气体传感器分为 直接接触燃烧式、 催化接触燃烧式
特性： 对不燃烧气体不敏感，，具 有广谱特性即能检测各种可 燃气体，亦称为热导性传感
器
工作原理： 气敏材料（如Pt电热丝）在 通电状态下，可燃气体氧化 燃烧，或在催化剂下氧化燃 烧，电热丝由此升温，从而
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气体传感器主要厂商
气体传感器生产企业主要集中在日本，欧洲和美国。气体传感 器代表性企业有英国城市技术公司（母公司为Honeywell）、日 本Figaro、英国Alphasense、 Dynament炜盛科技等
Honeywell英国城市技术
日本figaro
其以电化学起家，同事涉足红外 2012年figaro气体销售额排名第二
应用范围： 监测各种挥发性有机物 (VOCS) 、毒气、如异丁烯、苯、甲醇和二 氧化硫、一氧化碳等。
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红外线气体传感器
红外线气体传感器基本结构：
红外辐射光源 （使用广谱光源光
谱覆盖波长从1μm
到15～20μm）
气室
（抽取式测量的红 外仪器需要气室 ）
红外检测器
（用于检测通过气 室的红外光能 ）
光学和半导体四种类
国内方面，主要的气体传感器企 业有炜盛科技，天津费加罗（中 日合资），718所。重庆煤科院和 山西腾星等，其中，炜盛科技是 目前国内唯一能生产半导体类， 催化燃烧，电化学和红外光学的企业
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1、ALPHASENSE（阿尔法） 总部：英国，主要产品领域：工业气体检测，环境监控等，官网：www．alpha－sense．com 2、AMPHENOL（安费诺）（收购通用） 总部：美国，主要产品领域：嵌入式测试解决方案，官网：www．amphenol－sensors．com 3、AMS（APPLIED SENSOR） 总部：奥地利，主要产品领域：高性能模拟IC和传感器，官网：www．appliedsensor．com 4、BASELINE－MOCON 总部：美国，主要产品领域：气敏元件，监控设备生产研发，官网：www．baseline－mocon．com 5、CAMBRIDGE CMOS SENSORS 总部：剑桥，主要产品领域：超低功耗微型化气体传感器，官网：www．ccmoss．com 6、CITY TECHNOLOGY（城市技术（霍尼韦尔）） 总部：英国，主要产品领域：工业安全系统以及民用探测，官网：www．citytech．com．cn 7、CLAIRAIR 总部：英国，主要产品领域：非色散红外NDIR气体传感器，官网：www．clairair．co．uk 8、Cubic Optoelectronics（四方光电） 总部：武汉，主要产品领域：气体传感技术，气体分析仪器，官网：www．gassensor．com．cn 9、DOVELET（戴维莱） 总部：深圳，主要产品领域：半导体气体传感器，官网：www．szdovelet．com 10、DYNAMENT 总部：英国，主要产品领域：非色散红外原理微型传感器，官网：www．dynament．com