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氣體傳感器

一、主要特性

氣體傳感器是化學傳感器的一大門類。從工作原理、特性分析到測量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測對象到應用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨立的分類標準，衍生出一個個紛繁龐雜的分類體系，尤其在分類標準的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要對其進行嚴格的系統(tǒng)分類難度頗大。

1、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應的穩(wěn)定性，取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時，整個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標氣體中的輸出響應變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時間內(nèi)的降低。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于10%。

2、靈敏度

靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設計原理都采用生物化學、電化學、物理和光學。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對目標氣體的閥限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。

3、選擇性

選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應來確定。這個響應等價于一定濃度的目標氣體所產(chǎn)生的傳感器響應。這種特性在追蹤多種氣體的應用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復性和可靠性，理想傳感器應具有高靈敏度和高選擇性。

4、抗腐蝕性

抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分數(shù)目標氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應能夠承受期望氣體體積分數(shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應盡可能小。氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達到要求。

二、未來的趨勢

1、著重于新氣敏材料與制作工藝的研究開發(fā)

對氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導體材料ZnO，SiO2，F(xiàn)e2O3等己趨于成熟化，特別是在C比，C2H5OH，CO等氣體檢測方面。這方面的工作主要有兩個方向：

一是利用化學修飾改性方法，對現(xiàn)有氣體敏感膜材料進行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對成膜工藝進行改進和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性;二是研制開發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復合型和混合型半導體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點，已成為研究的熱點。

2、新型氣體傳感器的研制

用傳統(tǒng)的作用原理和某些新效應，優(yōu)先使用晶體材料(硅、石英、陶瓷等)，采用先進的加工技術(shù)和微結(jié)構(gòu)設計，研制新型傳感器及傳感器系統(tǒng)，如光波導氣體傳感器、高分子聲表面波和石英諧振式氣體傳感器的開發(fā)與使用，微生物氣體傳感器和仿生氣體傳感器的研究。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應用，氣體傳感器的性能更趨完善，使傳感器的小型化、微型化和多功能化具有長期穩(wěn)定性好、使用方便、價格低廉等優(yōu)點。

3、氣體傳感器智能化

隨著人們生活水平的不斷提高和對環(huán)保的日益重視，對各種有毒、有害氣體的探測，對大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測以及對食品和居住環(huán)境質(zhì)量的檢測都對氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。

氣體傳感器將在充分利用微機械與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。研制能夠同時監(jiān)測多種氣體的全自動數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領(lǐng)域的重要研究方向。