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[font=&]【题名】:固态氯离子敏感半导体传感器的研究[/font][font=&][size=12px][color=#333333][/color][/size][/font][font=&]【全文链接】: https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGJS199104009.htm[/font]
目前按照气敏特性来分,气体传感器主要分为:半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等气体传感器,又以前两种最为普遍。 一、半导体型气体传感器的优缺点自从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今应用最普遍、最实用的一类气体传感器。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。不足之处是必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面。 二、半导体传感器需要加热的原因半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件,其电阻随着气体含量不同而变化。气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导率的变化。为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器可以加速氧化过程,这也是为什么有些低端传感器总是不稳定,其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太低反应不充分。 三、电化学气体传感器的工作原理 电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度,分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式,目前可以检测许多有毒气体和氧气,后者还能检测血液中的氧浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。不足之处是有寿命的限制一般为两年。 四、半导体传感器和电化学传感器的区别 半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用,但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。 五、固态电解质气体传感器 顾名思义,固态电解质就是以固体离子导电为电解质的化学电池。它介于半导体和电化学之间。选择性,灵敏度高于半导体而寿命又长于电化学,所以也得到了很多的应用,不足之处就是响应时间过长。 六、接触燃烧式气体传感器 接触燃烧式气体传感器只能测量可燃气体。又分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式,原理是气敏材料在通电状态下,可燃气体在表面或者在催化剂作用下燃烧,由于燃烧使气敏材料温度升高从而电阻发生变化。后者因为催化剂的关系具有广普特性应用更广。 七、光学式气体传感器光学式气体传感器主要包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等等,主要以红外吸收型为主。由于不同气体对红外波吸收程度不同,通过测量红外吸收波长来检测气体。目前因为它的结构关系一般造价颇高。
为了保证传感器的精度和系统的完整性,气体传感器需要被标定。传感器固定安装位置是很重要的,位置必须使标定容易完成。标定的时间间隔依传感器的不同而不同。通常,传感器的制造厂商将建议传感器的标定的时间间隔。然而,在传感器安装后的三十天,按照惯例应频繁的对传感器进行检查。在这个周期内,观察该传感器是否适合新的环境。 同样,厂家并没有在系统的设计中说明传感器性能影响的因素。如果传感器的功能作用能连续大约三十天,说明安装的可信度很高。在这段时间里,任何可能的问题都可确认和修改。经验说明:传感器第一次安装后三十天,按照操作的希望值,完成传感器的各种功能。大多数问题如传感器位置的不适合、其他气体的干扰、密度的降低,在这段时间里将会出现。在前三十天,传感器应做周检察。而后,制定维修计划包括标定的时间间隔。正常情况下,每月标定足以满足传感器的效率和灵敏度,同时月检察也能保证传感器的精度。传感器的标定方法和过程被立即确定。标定的过程简单、直接、容易。这种标定是一种简单的安全检查,不象实验室分析仪要求很高的精度。为了某一区域气体的质量和安全,要求气体的监视仪满足简单、可重复和经济。标定的过程将具有一致性和追溯性。标定的过程将在传感器安装的现场完成。 气体传感器的标定包括两步骤:首先是"零点"设置;然后是"量程"的标定,步骤1:"零点"设置 定义气体的零点没有确定的标准。许多分析过程,包括一些特殊的分析过程如EPA方法,都使用纯氮或纯人造气体来建立零点。这是因为这种瓶装氮气和人造气体容易获得。由于这个原因,人们普遍认为使用瓶装氮气和人造气体是传感器零点设置的一种好方法。不幸的是,这种方法不太准确。通常空气中除了含有氮气和氧气外,还含有微量的其他气体。同样,周围的空气中含有很小百分数的水蒸气。因此,假设该区域的空气是清新的,使用周围的空气作为传感器的零点具有现实和实践意义。这个参考点依建立的不同而不同。因此,区域内传感器的一个好参考点,总是认为该区域的空气清新,如某一办公室区域。这将给出更接近现实的零点,因为它将代表安装周围空气条件。水蒸汽的缺乏可能引起设定零点的数字低于传感器周围空气的零点数既零点漂移。这就是固态型传感器和光电离探测器使用时值得注意的地方。 标定的方法。考虑到所有因素,如传感器的型号和应用条件,应遵循以下建议的标定方法: A. 根据操作人员的判断,传感器周围的气体是清新的,没有非正常条件存在,这时,仪表的指示接近零(读数),零点设置的过程可以跳过。当出现疑问时,可使用塑料袋来得到一些在传感器周围认为是"清新"的空气。这是一个非常快而容易的过程。这种方法对于区别真报警和误报警是非常有效的。 B.压缩空气有一优点就是,气体在瓶中容易控制并容易携带。通过设备很容易、方便的得到空气。这种空气中含义少量的氮氢化合物、一氧化碳、二氧化碳和一些其他干扰气体。然而,这种气体的特点是湿度低,解决的办法是在采样系统中使用带有活性碳的过滤器,过滤掉所使用的潮湿气体中不想要的气体和水蒸汽。经过这个过程,才可以使用该气体对各种型号的传感器进行标定。然而,值得注意的是一氧化碳气体并不能通过带有活性碳的过滤器而滤掉。 因此,规则规定:气瓶中的一氧化碳含量必须与周围环境气体的含量相同。此外,使用苏达灰过滤器可以滤出一氧化碳。由于在采样系统管线上使用苏达灰过滤器可以滤出一氧化碳,所以此方法是二氧化碳传感器零点设置的好方法,很容易获得基本的零点。虽然人造气体通常是非常纯,但是它不能用于固态型传感器和光电离探测器,因为这类传感器要求在采样的气体中含有一些水蒸汽。这个问题解决的简单办法是,在采样系统管线上使用潮湿的薄绵纸。它的作用是使采样流中潮湿,对传感器有足够的水蒸汽。另外可选择使NAFION管,其描述在第十章"采样系统和设计"说明此概念。 标定气--控制器--NAFION干燥管或加湿材料--到传感器