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新型氣體傳感器的研究動(dòng)態(tài)及其發(fā)展方向 傳感器技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間:2020-07-30    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心,通常安裝在探測(cè)頭內(nèi)。從本質(zhì)上講,氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理,通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸,甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理,以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測(cè)量。

氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間。目前,氣體的采樣方式主要是通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散法,或是將氣體吸入檢測(cè)器。

簡(jiǎn)單擴(kuò)散是利用氣體自然向四處傳播的特性。目標(biāo)氣體穿過(guò)探頭內(nèi)的傳感器,產(chǎn)生一個(gè)正比于氣體體積分?jǐn)?shù)的信號(hào)。由于擴(kuò)散過(guò)程漸趨減慢,所以擴(kuò)散法需要探頭的位置非常接近于測(cè)量點(diǎn)。擴(kuò)散法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將氣體樣本直接引入傳感器而無(wú)需物理和化學(xué)變換。樣品吸入式探頭通常用于采樣位置接近處理儀器或排氣管道。這種技術(shù)可以為傳感器提供一種速度可控的穩(wěn)定氣流,所以在氣流大小和流速經(jīng)常變化的情況下,這種方法較值得推薦。將測(cè)量點(diǎn)的氣體樣本引到測(cè)量探頭可能經(jīng)過(guò)一段距離,距離的長(zhǎng)短主要是根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì),但采樣線(xiàn)較長(zhǎng)會(huì)加大測(cè)量滯后時(shí)間,該時(shí)間是采樣線(xiàn)長(zhǎng)度和氣體從泄漏點(diǎn)到傳感器之間流動(dòng)速度的函數(shù)。對(duì)于某種目標(biāo)氣體和汽化物,如SiH4以及大多數(shù)生物溶劑,氣體和汽化物樣品量可能會(huì)因?yàn)槠湮阶饔蒙踔聊Y(jié)在采樣管壁上而減少。

氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門(mén)類(lèi)。從工作原理、特性分析到測(cè)量技術(shù),從所用材料到制造工藝,從檢測(cè)對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域,都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類(lèi)體系,尤其在分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題上目前還沒(méi)有統(tǒng)一,要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類(lèi)難度頗大。

1主要特性

1.1穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性,取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒(méi)有目標(biāo)氣體時(shí),整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化,表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下,一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下,每年零點(diǎn)漂移小于10%。

1.2靈敏度

靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵鲎兓颗c被測(cè)輸入變化量之比,主要依賴(lài)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(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù),它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。

1.3選擇性

選擇性也被稱(chēng)為交叉靈敏度??梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來(lái)確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的,因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性,理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。

1.4抗腐蝕性

抗腐蝕性是指?jìng)鞲衅鞅┞队诟唧w積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí),探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下,傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)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(guò)材料的選擇來(lái)確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_(kāi)發(fā)新材料,使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到較優(yōu)。

2主要原理及分類(lèi)

通常以氣敏特性來(lái)分類(lèi),主要可分為:半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。

2.1半導(dǎo)體氣體傳感器

半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件,與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng),引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。這些都是由材料的半導(dǎo)體性質(zhì)決定的。

自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問(wèn)世以來(lái),半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用較為普遍、具有有實(shí)用價(jià)值的一類(lèi)氣體傳感器,根據(jù)其氣敏機(jī)制可以分為電阻式和非電阻式兩種。

電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器主要是指半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器,是一種用金屬氧化物薄膜(例如:Sn02,ZnOFe203,Ti02等)制成的阻抗器件,其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣味分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器傳導(dǎo)率的變化。為了消除氣味分子還必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器有助于氧化反應(yīng)進(jìn)程。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須工作于高溫下、對(duì)氣味或氣體的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不夠理想、功率要求高.當(dāng)探測(cè)氣體中混有硫化物時(shí),容易中毒?,F(xiàn)在除了傳統(tǒng)的SnO,Sn02和Fe203三大類(lèi)外,又研究開(kāi)發(fā)了一批新型材料,包括單一金屬氧化物材料、復(fù)合金屬氧化物材料以及混合金屬氧化物材料。這些新型材料的研究和開(kāi)發(fā),大大提高了氣體傳感器的特性和應(yīng)用范圍。另外,通過(guò)在半導(dǎo)體內(nèi)添加Pt,Pd,Ir等貴金屬能有效地提高元件的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。它能降低被測(cè)氣體的化學(xué)吸附的活化能,因而可以提高其靈敏度和加快反應(yīng)速度。催化劑不同,導(dǎo)致有利于不同的吸附試樣,從而具有選擇性。例如各種貴金屬對(duì)Sn02基半導(dǎo)體氣敏材料摻雜,Pt,Pd,Au提高對(duì)CH4的靈敏度,Ir降低對(duì)CH4的靈敏度;Pt,Au提高對(duì)H2的靈敏度,而Pd降低對(duì)H2的靈敏度。利用薄膜技術(shù)、超粒子薄膜技術(shù)制造的金屬氧化物氣體傳感器具有靈敏度高(可達(dá)10-9級(jí))、一致性好、小型化、易集成等特點(diǎn)。非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場(chǎng)效應(yīng)管式(MOSFET)半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化,主要檢測(cè)氫和硅燒氣等可燃性氣體。其中,MOSFET氣體傳感器工作原理是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)與催化金屬(如鈕)接觸發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到MOSFET的柵極,改變了器件的性能。通過(guò)分析器件性能的變化而識(shí)別VOC。通過(guò)改變催化金屬的種類(lèi)和膜厚可優(yōu)化靈敏度和選擇性,并可改變工作溫度。MOSFET氣體傳感器靈敏度高,但制作工藝比較復(fù)雜,成本高。

2.2電化學(xué)型氣體傳感器

電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類(lèi)型。原電池式氣體傳感器通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù),市售的檢測(cè)缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器,近年來(lái),又開(kāi)發(fā)了檢測(cè)酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器。可控電位電解式傳感器是通過(guò)測(cè)量電解時(shí)流過(guò)的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù),和原電池式不同的是,需要由外界施加特定電壓,除了能檢測(cè)CO,NO,N02,02,S02等氣體外,還能檢測(cè)血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過(guò)被測(cè)氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早,通過(guò)測(cè)量離子極化電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)氣體的靈敏度高、選擇性好。

2.3固體電解質(zhì)氣體傳感器

固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。20世紀(jì)70年代開(kāi)始,固體電解質(zhì)氣體傳感器由于電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好,獲得了迅速的發(fā)展,現(xiàn)在幾乎應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、礦業(yè)、汽車(chē)工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域,其產(chǎn)量大、應(yīng)用廣,僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。近來(lái)國(guó)外有些學(xué)者把固體電解質(zhì)氣體傳感器分為下列三類(lèi):

1)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子相同的傳感器,例如氧氣傳感器等。

2)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子不相同的傳感器,例如用于測(cè)量氧氣的由固體電解質(zhì)SrF2H和Pt電極組成的氣體傳感器。

3)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器,例如新開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的C02固體電解質(zhì)氣體傳感器是由固體電解質(zhì)NASICON(Na3Zr2Si2P012)和輔助電極材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03,Li2C03-BaC03組成的。

目前新近開(kāi)發(fā)的高質(zhì)量固體電解質(zhì)傳感器絕大多數(shù)屬于第三類(lèi)。又如:用于測(cè)量N02的由固體電解質(zhì)NaSiCON和輔助電極N02-Li2C03制成的傳感器;用于測(cè)量H2S的由固體電解質(zhì)YST-Au-W03制成的傳感器;用于測(cè)量NH3的由固體電解質(zhì)NH4-Ca203制成的傳感器;用于測(cè)量N02的由固體電解質(zhì)Ag0.4Na7.6和電極Ag-Au制成的傳感器等。
溫度傳感器生產(chǎn)工藝的應(yīng)用

    溫度傳感器是檢測(cè)溫度的器件,被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域,其種類(lèi)多,發(fā)展快.溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi).所謂接觸式就是傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量,這是溫度測(cè)量的基本形式。而非接觸式是測(cè)量物體熱輻射而發(fā)出的紅外線(xiàn)從而測(cè)量物體的溫度,可進(jìn)行遙測(cè),這是接觸方式所做不到的。

    溫度測(cè)量應(yīng)用非常廣泛,不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制,有些電子產(chǎn)品還需對(duì)它們自身的溫度進(jìn)行測(cè)量,如 計(jì)算機(jī)要監(jiān)控CPU的溫度,馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動(dòng)IC的溫度等等,溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測(cè)試的參數(shù),從鋼鐵制造到半導(dǎo)體生產(chǎn),很多工藝都要依靠溫度來(lái)實(shí)現(xiàn),溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁。

    很多場(chǎng)所中都會(huì)應(yīng)用到溫度傳感器,比如柴油濾清設(shè)備,這是一款結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精良,設(shè)計(jì)小巧,控制簡(jiǎn)單,智能化水平較高的新型傳感設(shè)備。溫度傳感器的作業(yè)原理是通過(guò)操作對(duì)象跟隨外界溫度的變換而促使其內(nèi)部的某些特質(zhì)也得到相應(yīng)改變,從而便于非直接性測(cè)量。能作為溫度傳感器的材料有很多種,因?yàn)橛胁簧僭?材料的特性都會(huì)隨著溫度的變化而變化。

    溫度傳感器會(huì)隨溫度變化而引起物理參數(shù)變化的有熱噪聲、膨脹、電阻、 電動(dòng)勢(shì)、頻率、電容等。溫度傳 感器在使用中具有哪些特點(diǎn):較早,溫度傳感器具有較小的外形體積,但是性能卓越;其次,其具有高集成 、高效率的特點(diǎn);同時(shí),溫度傳感器操作簡(jiǎn)單可控,其數(shù)字信號(hào)輸出精準(zhǔn)度較高。

    減小溫度傳感器插入桿正面和背面的壓力差,避免插入桿因單向受力過(guò)大而導(dǎo)致插入桿斷裂事故的發(fā)生

    接觸式溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻以及鉑電阻等,利用其產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)或電阻隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量物體的溫度,被廣泛用于家用電器、汽車(chē)、船舶、控制設(shè)備、工業(yè)測(cè)量、通信設(shè)備等.另外,還有一些新開(kāi)發(fā)研制的傳感器,例如,有利用半導(dǎo)體PN結(jié)電流/電壓特性隨溫度變化的半導(dǎo)體集成傳感器;有利用光纖傳播特性隨溫度變化或半導(dǎo)體透光隨溫度變化的光纖傳感器;有利用彈性表面波及振子的振蕩頻率隨溫度變化的傳感器;有利用核四重共振的振蕩頻率隨溫度變化的NQR傳感器;有利用在居里溫度附近磁性急劇變化的磁性溫度傳感器以及利用液晶或涂料顏色隨溫度變化的傳感器等.

標(biāo)簽: 溫度傳感器
溫度傳感器 溫度傳感器生產(chǎn)工藝的應(yīng)用_溫度傳感器



    渦輪流量計(jì)是新型速度式儀表,它具有精度高、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高壓、測(cè)量范圍寬、體積小、重量輕、壓力損失小、壽命長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。溫壓補(bǔ)償型儀表可集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體,并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補(bǔ)償,是石油、化工、電力、冶金、工業(yè)鍋爐等工業(yè)、行業(yè)的燃?xì)庥?jì)量和城市天然氣、燃?xì)庹{(diào)壓站封閉管道中低粘度氣體的體積流量和總量及燃?xì)鉄嵊?jì)量的理想氣體流量檢測(cè)儀表。
    渦輪流量傳感器的維護(hù)保養(yǎng)要注意以下幾點(diǎn)
    1.渦輪流量計(jì)投運(yùn)前要先進(jìn)行儀表系數(shù)的設(shè)定,仔細(xì)檢查,確定流量計(jì)接線(xiàn)無(wú)誤、接地良好后方可送電。
    2.使用時(shí)應(yīng)保持被測(cè)介質(zhì)的清潔不含纖維和顆粒等雜質(zhì)。保持過(guò)濾器暢通。過(guò)濾器被雜質(zhì)堵塞,可以從其入口、出口處壓力表讀數(shù)差的增大來(lái)判斷出,出現(xiàn)堵塞及時(shí)排除,否則,會(huì)嚴(yán)重降低流量。
    3.渦輪流量傳感器的維護(hù)周期一般為半年。定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行清洗、檢查和復(fù)校。設(shè)有潤(rùn)滑油或清洗液注入口的流量計(jì),應(yīng)按說(shuō)明書(shū)的要求定期注入潤(rùn)滑油或清洗液,以維護(hù)葉輪良好運(yùn)行。檢修清洗時(shí)請(qǐng)注意勿損傷測(cè)量腔內(nèi)的零件特別是葉輪。裝配時(shí)請(qǐng)看好導(dǎo)向件及葉輪的位置關(guān)系。
    4.渦輪流量傳感器不用時(shí)應(yīng)清洗內(nèi)部介質(zhì)吹干后且在傳感器兩端加上防護(hù)套防止塵垢進(jìn)入  然后置于干燥處保存。
    5.監(jiān)查顯示儀表狀況,評(píng)估顯示儀表讀數(shù),有異常要及時(shí)檢查。
    6.配用的過(guò)濾器應(yīng)定期清洗不用時(shí)應(yīng)清洗內(nèi)部的介質(zhì)同傳感器一樣加防塵套置于干燥處保存。
    7.在傳感器安裝前用口吹或手撥葉輪使其快速旋轉(zhuǎn)觀(guān)察有無(wú)顯示當(dāng)有顯示時(shí)再安裝傳感器,若無(wú)顯示應(yīng)檢查有關(guān)各部分排除故障。
    8.對(duì)于大流量貿(mào)易結(jié)算計(jì)量,為保證流量計(jì)的精確度,流量計(jì)必須經(jīng)常校驗(yàn)?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備在線(xiàn)校驗(yàn)設(shè)備,或配備可移動(dòng)式校驗(yàn)裝置,雖然一次性投資較大,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)利益考慮是值得的。







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