根據國家標準GB7665-87,傳感器是能感受規(guī)定被測量并轉換為可用輸出信號的器件或裝置。氣體傳感器作為其重要分支,特指檢測氣體成份和濃度的器件,分類以檢測目標為核心,與檢測方法無關。需注意,氣體流量傳感器不屬于此類,但熱導式氣體分析儀因核心功能是氣體檢測,仍歸為氣體傳感器。
自上世紀70年代起,氣體傳感器已發(fā)展為傳感器領域一大體系,隸屬于化學傳感器。目前市場主流氣體傳感器分為7大類,核心特性如下:
一、半導體式氣體傳感器
核心原理是利用金屬氧化物半導體材料,在特定溫度下電導率隨環(huán)境氣體成份變化的特性,典型如酒精傳感器,借助二氧化錫遇酒精電阻劇減的特性制備。
其適用范圍廣,可檢測甲烷、酒精、一氧化碳等多種氣體,兼顧民用與工業(yè)檢測,優(yōu)勢是成本低廉。
短板為穩(wěn)定性差、選擇性不強,輸出參數不精準,不適用于高精度計量場景。
該傳感器由日本發(fā)明,目前主要供應商為日、中、韓,美國未成主流。國產產品因早年政策及信息因素,性能不及日本,未來有望借助市場和民營資本實現突破。
二、催化燃燒式氣體傳感器
核心構造是白金電阻表面制備耐高溫催化劑層,可燃性氣體在其表面催化燃燒,使電阻隨濃度變化,以此檢測氣體濃度。
優(yōu)勢是計量準、響應快、壽命長,與環(huán)境爆炸危險直接相關,在安全檢測領域占主導,主要檢測可燃性氣體。
缺點是可燃性氣體范圍內無選擇性,暗火工作有爆炸風險,易被元素有機蒸汽中毒。
由英國發(fā)明,主要供應商為中、日、英,中國是最大用戶且掌握生產技術,是該類傳感器主流制造基地。
三、熱導池式氣體傳感器
基于氣體熱導率特性工作,可分辨熱導率差異大的氣體組分,屬于老式產品,主要用于氫氣、二氧化碳、高濃度甲烷檢測,應用范圍較窄。
全球均有制造商,產品質量差異不大,無明顯技術壁壘。
四、電化學式氣體傳感器
利用可燃性、有毒有害氣體的電化學活性實現檢測,細分4類:
1. 原電池型:原理類同干電池,可檢測氧氣、二氧化硫等氣體;
2. 恒定電位電解池型:需強制電流驅動反應,是有毒有害氣體檢測主流,可檢測一氧化碳、硫化氫等;
3. 濃差電池型:利用氣體濃差電動勢檢測濃度,應用于汽車氧傳感器等;
4. 極限電流型:用于氧氣檢測,供應商集中在德、日、美等國,中國起步早但產業(yè)化滯后。
五、紅外線氣體傳感器
通過檢測氣體中紅外特征吸收峰確定種類和濃度,經MEMS技術小型化,無機械部件、可免維護。
主要用于二氧化碳、甲烷檢測,供應商集中在歐洲,中國該領域仍有空白。
六、磁性氧氣傳感器
利用氧氣可被強磁場吸引的特性制備,僅檢測氧氣,選擇性強,干擾極小。
為老牌工業(yè)產品,全球均有制造商,近年逐步向純粹傳感器形式發(fā)展。
七、其他類型氣體傳感器
PID檢測器因無法免維護,更宜歸為檢測儀器;光纖光學傳感器發(fā)展迅猛,未來潛力大。需注意,部分商家夸大性能、混淆分類,不利于用戶選型。