旋涂仪原理

所谓气体传感器，是指用于探测在一定区域范围内是否存在特定气体和/或能连续测量气体成分浓度的传感器。在煤矿、石油、化工、市政、医疗、交通运输、家庭等安全防护方面，气体传感器常用于探测可燃、易燃、有毒气体的浓度或其存在与否，或氧气的消耗量等。气体传感器主要用于针对某种特定气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或在传感器附近空气中的含量。因此，在安全系统中，气体传感器通常都是不可或缺的。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。气体传感器的分类从检测气体种类上，通常分为可燃气体传感器（常采用催化燃烧式、红外、热导、半导体式）、有毒气体传感器（一般采用电化学、金属半导 体、光离子化、火焰离子化式）、有害气体传感器（常采用红外、紫外等）、氧气（常采用顺磁式、氧化锆式）等其它类传感器。从使用方法上，通常分为便携式气体传感器和固定式气体传感器。从获得气体样品的方式上，通常分为扩散式气体传感器（即传感器直接安装在被测对象环境中，实测气体通过自然扩散与传感器检测元件直接接触）、吸入式气体传感器（是指通过使 用吸气泵等手段，将待测气体引入传感器检测元件中进行检测。根据对被测气体是否稀释，又可细分为完全吸入式和稀释式等）。从分析气体组成上，通常分为单一式气体传感器（仅对特定气体进行检测）和复合式气体传感器（对多种气体成分进行同时检测）。按传感器检测原理，通常分为热学式气体传感器、电化学式气体传感器、磁学式气体传感器、光学式气体传感器、半导体式气体传感器、气相色谱式气体传感器等。先来了解一下气体传感器的特性：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，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。2、灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制或爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。3、选择性选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。4、抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到优。接下来是关于不同气体传感器的检测原理、特点和用途：一、半导体式气体传感器根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。从作用机理上可分为表面控制型（采用气体吸附于半导体表面而产生电导率变化的敏感元件）、表面电位型（采用 半导体吸附气体后产生表面电位或界面电位变化的气体敏感元件）、体积控制型（基于半导体与气体发生反应时体积发生变化，从而产生电导率变化的工作原理） 等。可以检测百分比浓度的可燃气体，也可检测ppm级的有毒有害气体。优点：结构简单、价格低廉、检测灵敏度高、反应速度快等。不足：测量线性 范围较小，受背景气体干扰较大，易受环境温度影响等。二、固体电解质气体传感器固体电解质是一种具有与电解质水溶液相同的离子导电特性的固态物质，当用作气体传感器时，它是一种电池。它无需使气体经过透气膜溶于电解液中，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，几乎在石化、环保、矿业、食品等各个领域都得到了广泛的应用，其重要性仅次于金属—氧化物一半导体气体传感器。这种传感器介于半导体气体传感器和电化学气体传感器之间，选择性、灵敏度高于半导体气体传感器，寿命长于电化学气体传感器，因此得到广泛应用。这种传感器的不足之处是响应时间过长。三、催化燃烧式气体传感器这种传感器实际上是基于铂电阻温度传感器的一种气体传感器，即在铂电阻表面制备耐高温催化剂层，在一定温度下，可燃气体在表面催化燃烧，因此铂电阻温度升高，导致电阻的阻值变化。由于催化燃烧式气体传感器铂电阻外通常由多孔陶瓷构成陶瓷珠包裹，因此这种传感器通常也被称为催化珠气体传感器。理论上这种传感器可以检测所有可以燃烧的气体，但实际应用中有很多例外。这种传感器通常可以用于检测空气中的甲烷、LPG、丙酮等可燃气体。四、电化学气体传感器电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化或还原而测电流，得出对象气体浓度的探测器。包含原电池型气体传感器、恒定电位电解池型气体传感器、浓差电池型气体传感器和极限电流型气体传感器。1、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫等。2、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析（根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量）传感器。这种传感器用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。3、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。4、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。主要优点：体积小，功耗小，线性和重复性较好，分辨率一般可以达到0.1ppm，寿命较长。主要不足：易受干扰，灵敏度受温度变化影响较大。五、PID——光离子化气体传感器PID由紫外光源和气室构成。紫外发光原理与日光灯管相同，只是频率高，能量大。被测气体到达气室后，被紫外灯发射的紫外光电离产生电荷流，气体浓度和电荷流的大小正相关，测量电荷流即可测得气体浓度。可以检测从10ppb到较高浓度的10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体。许多有害物质都含有挥发性有机化合物，PID对挥发性有机化合物灵敏度很高。六、热学式气体传感器热学式气体传感器主要有热导式和热化学式两大类。热导式是利用气体的热导率，通过对其中热敏元件电阻的变化来测量一种或几种气体组分浓度的。其在工业界的应用已有几十年的历史，其仪表类型较多，能分析的气体也较广泛。热化学式是基于被分析气体化学反应的热效应，其中广泛应用的是气体的氧化反应（即燃烧），其典型为催化燃烧式气体传感器，其主要工作原理是在一定温度下，一些金属氧化物半导体材料的电导率会跟随环境气体的成份变化而变化。其关键部件为涂有燃烧催化剂的惠斯通电桥，主要用于检测可燃气体，如煤气发生站、制气厂用来分析空气中的CO、H2 、C2H2等可燃气体，采煤矿井用于分析坑道中的CH4含量，石油开采船只分析现场漏泄的甲烷含量，燃料及化工原料保管仓库或原料车间分析空气中的石油蒸 气、酒精乙醚蒸气等。七、红外气体传感器一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔体、红外探测器和信号调理电路构成。这种传感器利用气体对特定频率的红外光谱的吸收作用制成。红外光从发射端射向接收端，当有气体时，对红外光产生吸收，接收到的红外光就会减少，从而检测出气体含量。目前较先进的红外式采用双波长、双接收器，使检测更准确、可靠。优点：选择性好，只检测特定波长的气体，可以根据气体定制；采用光学检测方式，不易受有害气体的影响而中毒、老化；响应速度快、稳定性好；利用物理特性，没有化学反应，防爆性好；信噪比高，抗干扰能力强；使用寿命长；测量精度高。缺点：测量范围窄；怕灰尘、潮湿，现场环境要好，需要定期对反射镜面上的灰尘进行清洁维护；现场有气流时无法检测；价格较高。八、磁学式气体分析传感器在磁学式气体分析传感器中，常见的是利用氧气的高磁化特性来测量氧气浓度的磁性氧量分析传感器，利用的是空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理。其氧量的测量范围宽，是一种十分有效的氧量测量传感器。常用的有热磁对流式氧量分析传感器（按构成方式不同，又可细分为测速热磁式、压力平衡热磁式）和磁力机械式氧量分析传感器。主要用途：用于氧气的检测，选择性极好，是磁性氧气分析仪的核心。其典型应用场合有化肥生 产、深冷空气分离、火电站燃烧系统、天然气制乙炔等工业生产中氧的控制和连锁，废气、尾气、烟气等排放的环保监测等。九、气相色谱式分析仪基于色谱分离技术和检测技术，分离并测定气样中各组分浓度，因此是全分析传感器。在发电厂锅炉试验中，已有应用。工作时，从进样装置定期采取一定容积的气样，在流量一定的纯净载气（即流动相）携带下，流经色谱柱，色谱柱中装有称为固定相的固体或液体，利用固定相对气样各组分的吸收或溶解能力的不同，使各组分在两相中反复进行分配，从而使各组分分离，并按时间先后流出色谱柱进入检测器进行定量测定。根据检测原理，气相色谱式分析仪又细分为浓度型检测器和质量型检测器两种。浓度型检测器测量的是气体中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。常用的检测器有TCD热导检测器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。优点：灵敏度高，适合于微量和痕量分析，能分析复杂的多相分气体。不足：定期取样不能实现连续进样分析，系统较为复杂，多用于 试验室分析用，不太适合工业现场气体监测。十、其他气体传感器1.超声波气体探测器这种气体探测器比较特殊，其原理是当气体通过很小的泄漏孔从高压端向低压端泄漏时，就会形成湍流，产生振动。典型的湍流气流会在差压高于0.2MPa时变成因素，超过0.2MPa就会产生超声波。湍流分子互相碰撞产生热能和振动。热能快速分散，但振动会被传送到相当远的距离。超声波探测器就是通过接收超声波判断是否有空气泄漏。这类探测器通常用于石油和天然气平台、发电厂燃气轮机、压缩机以及其它户外管道。2.磁氧分析仪这种气体分析仪是基于氧气的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，测量混合气体中氧气的一种物理气体分析设备。这种设备适合自动检测各种工业气体中的氧气含量，只能用于氧气检测，选择性极好。

全空域、全时域的无缝定位导航是未来定位导航产业的技术制高点。随着量子精密测量技术的快速发展，基于量子精密测量的陀螺及惯性导航系统具有高精度、小体积、低成本等优势，将对无缝定位导航领域提供颠覆性新技术。　　“十二五”863计划地球观测与导航技术领域主题项目“基于磁共振的微小型原子自旋陀螺仪关键技术”由北京自动化控制设备研究所承担，项目研究开展一年半取得突破性进展。项目组攻克了核自旋-电子自旋耦合极化与检测等精密量子操控技术，完成了小型化磁共振气室、高效磁屏蔽等元件的精密设计与制造，并研制成功我国首个基于磁共振的原子自旋陀螺仪原理样机。样机零偏稳定性优于2° /h，成为世界上第二个掌握该技术的国家，与美国技术差距从10年缩小到7年。　　项目所取得的研究成果为进一步提高基于磁共振的微小型原子自旋陀螺仪的精度与集成度，为支撑我国量子导航领域的发展打下了坚实的技术基础。原子陀螺仪的技术突破使现有应用于高端装备的无缝定位导航系统的体积、质量、功耗、成本等下降约两个数量级，将应用于大众定位导航市场，可在微小体积、低成本条件下实现米级定位精度，提供不依赖卫星的全空域、全时域无缝定位导航新能力。

p style=" text-indent: 2em " 中科院长春应化所功能化界面设计及分析化学应用基础研究团队依托电分析化学国家重点实验室，由汪尔康院士和董绍俊院士担任学术顾问，逯乐慧研究员作为学术带头人，研究群体中2人为中国科学院院士，1人为发展中国家科学院院士、1人为国家千人计划，3人为国家杰出青年基金获得者，1人入选青年千人计划。研究群体主持承担了一批国家重点研发计划、973计划、863计划、国家自然科学基金重大、重点项目，在分子识别、功能化界面调控、化学生物分析应用及高灵敏电化学生物传感器构建等方面取得重大突破。 /p p 　　老中青团队的传承 /p p 　　化学与生物分析是中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室的主要研究方向。自上世纪50年代开始，汪尔康院士、董绍俊院士开始化学与生物分析研究，并建立了我国最早的极谱实验室，1980年实验室率先开始“化学修饰电极”研究并扩展至全国，1989年经中国科学院批准建立电分析化学开放实验室。1997年杨秀荣加入研究团队开展分子识别与相互作用的研究工作，并于2013年当选为中国科学院院士，2001年开放实验室经国家科技部批准建立国内第一个分析化学方面的国家重点实验室。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/35684cfd-ba59-4bfe-86c0-5aa45a8a8228.jpg" title=" 1.png" / /p p /p p 　　随着研究工作的深入，实验室十分重视学科布局、人才培养和引进方面的发展。逯乐慧介绍说，“我们的团队就是我们的核心竞争力，团队的研究群体体现了学科交叉的特点，融合了具有不同学科背景和基础的优秀人才，优势互补，开展多层次系统性研究，有利于取得原始创新性成果。”记者了解到，研究团队人员年龄在55岁以上的3人，46-55岁的3人，45岁以下的2人，形成了一支老中青结合、专业结构合理的高水平研究团队。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/fca86543-09d6-49ff-ba9b-51111f5ad8af.jpg" title=" 2.png" / /p p /p p 　　以振兴中华为理想 甘于奉献 /p p 　　团队无论是在学术还是在项目上的坚持，也深受汪尔康院士和董绍俊院士的影响，生活中汪尔康院士和董绍俊院士是夫妻，了解老两口的人都知道：办公室—图书馆—家，三点一线；五加二、白加黑，没有休息日。数十年来，这样的耕耘周而复始，团队的成员在这样的科研环境下，也深受感染，经常周末都泡在实验室搞研究，汪尔康院士曾说，做科研就像打仗一样，稍有放松，就可能被别人超过。“我们对吃穿没任何讲究，为了节省时间，都习惯把菜盛在一个盘子里。”妻子董绍俊说。逯乐慧说，“汪先生和董先生一直以来都专职带我们实验室，没有其它的兼职，同时他们对自己的严格要求也深深地影响着后面的年轻人。”汪尔康曾有机会离开长春，北京、上海等地的多家高校邀请他任职，却被他婉拒。对此，汪尔康说:“是党培养了我，是吉林和应化所这片沃土造就了我。这里是我的第二故乡，不论在哪里工作，振兴中华是我最高的理想和追求。” /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/4042c9e1-e405-43a0-a35e-c5b66c377c6a.jpg" style=" float:none " title=" 3.png" / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/336c2bec-9dde-4a91-a159-91908adf8ea8.jpg" style=" float:none " title=" 4.png" / /p p /p p /p p 　　BOD (生化耗氧量)监测仪突破国际难题 /p p 　　据了解，团队在基础研究方面的系列创新性成果大大推动了某些电分析化学仪器及装置的产业化进程，已研制新型电化学分析仪器10余种，部分已商品化并取得经济效益。其中与吉林光大分析技术有限公司合作研发的BOD (生化耗氧量)监测仪突破了国际上有关BOD快速-原位-在线监测的难题，为我国环境保护与管理提供了重要的技术支撑。 /p p 　　据悉，该BOD监测系统已经在太湖流域沙渚水质自动监测站、无锡梁塘河湿地公园、无锡尚贤河湿地公园、常州江边污水处理厂、无锡芦村污水处理厂、北京玉渊潭水质自动监测站、天津七里海国家湿地公园等8个自动监测站进行应用示范，涵盖了实时的系统工作状态，仪表工作状态，仪表监测数据等信息。仪表监测数据还可以图表、曲线等形式呈现，在手机客户端可实现数据的远程监控。吉林光大分析技术有限公司近五年相关仪器的销售额超过1亿元。研究团队前期培养的研究生近5年已有18人入选国家青年千人计划，取得的相关研究成果获得国家自然科学二等奖3项，吉林省科技进步一等奖7项。 /p p 　　“由于最初团队是做化学的，所以最困难的部分是从基础原理到仪器研制的过程上，在汪先生的带领下，实验室很早就开始做仪器研制，实验室也特别注重这方面人才的培养，专门建立了仪器研制的团队，有效地弥补了实验室和企业之间的代沟。”逯乐慧说。 /p p 　　承担国家重大重点、973、863等项目 /p p 　　据了解，团队多年来团结协作，持续发展，曾共同承担一批国家重大重点、973、863等项目，团队成员在“功能化电极界面的研究—从化学修饰到自组装”“电化学发光及其毛细管电泳联用的分析方法研究”及“生物分子识别的分析化学基础研究”的系列创新性基础研究成果分别获得2007年、2009年、2015年国家自然科学二等奖，在“扫描探针显微技术在电化学和生命科学中的基础研究”(2003年)、“功能化电极界面的研究—从化学修饰到自组装的基础研究”(2004年)、“电化学发光、毛细管电泳电化学发光及电化学检测的研究”(2005 年)、“水质自动监测系统关键技术及集成化研究”(2006年)、“模拟生物膜和生物传感器的电化学研究”(2007年)、“生物分子识别与相互作用的分析化学基础研究”(2012年)及“石墨烯材料的制备及其应用研究”(2015 年)的系列创新性研究成果分别获得吉林省科技进步一等奖。 /p