根据国家标准GB7665-87,传感器是能感受规定被测量并转换为可用输出信号的器件或装置。气体传感器作为其重要分支,特指检测气体成份和浓度的器件,分类以检测目标为核心,与检测方法无关。需注意,气体流量传感器不属于此类,但热导式气体分析仪因核心功能是气体检测,仍归为气体传感器。
自上世纪70年代起,气体传感器已发展为传感器领域一大体系,隶属于化学传感器。目前市场主流气体传感器分为7大类,核心特性如下:
一、半导体式气体传感器
核心原理是利用金属氧化物半导体材料,在特定温度下电导率随环境气体成份变化的特性,典型如酒精传感器,借助二氧化锡遇酒精电阻剧减的特性制备。
其适用范围广,可检测甲烷、酒精、一氧化碳等多种气体,兼顾民用与工业检测,优势是成本低廉。
短板为稳定性差、选择性不强,输出参数不精准,不适用于高精度计量场景。
该传感器由日本发明,目前主要供应商为日、中、韩,美国未成主流。国产产品因早年政策及信息因素,性能不及日本,未来有望借助市场和民营资本实现突破。
二、催化燃烧式气体传感器
核心构造是白金电阻表面制备耐高温催化剂层,可燃性气体在其表面催化燃烧,使电阻随浓度变化,以此检测气体浓度。
优势是计量准、响应快、寿命长,与环境爆炸危险直接相关,在安全检测领域占主导,主要检测可燃性气体。
缺点是可燃性气体范围内无选择性,暗火工作有爆炸风险,易被元素有机蒸汽中毒。
由英国发明,主要供应商为中、日、英,中国是最大用户且掌握生产技术,是该类传感器主流制造基地。
三、热导池式气体传感器
基于气体热导率特性工作,可分辨热导率差异大的气体组分,属于老式产品,主要用于氢气、二氧化碳、高浓度甲烷检测,应用范围较窄。
全球均有制造商,产品质量差异不大,无明显技术壁垒。
四、电化学式气体传感器
利用可燃性、有毒有害气体的电化学活性实现检测,细分4类:
1. 原电池型:原理类同干电池,可检测氧气、二氧化硫等气体;
2. 恒定电位电解池型:需强制电流驱动反应,是有毒有害气体检测主流,可检测一氧化碳、硫化氢等;
3. 浓差电池型:利用气体浓差电动势检测浓度,应用于汽车氧传感器等;
4. 极限电流型:用于氧气检测,供应商集中在德、日、美等国,中国起步早但产业化滞后。
五、红外线气体传感器
通过检测气体中红外特征吸收峰确定种类和浓度,经MEMS技术小型化,无机械部件、可免维护。
主要用于二氧化碳、甲烷检测,供应商集中在欧洲,中国该领域仍有空白。
六、磁性氧气传感器
利用氧气可被强磁场吸引的特性制备,仅检测氧气,选择性强,干扰极小。
为老牌工业产品,全球均有制造商,近年逐步向纯粹传感器形式发展。
七、其他类型气体传感器
PID检测器因无法免维护,更宜归为检测仪器;光纤光学传感器发展迅猛,未来潜力大。需注意,部分商家夸大性能、混淆分类,不利于用户选型。