一文读懂常用气体传感器的分类与原理

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。这些传感器可以为安全系统提供可燃、易燃和有毒气体的信息，以及区域内氧气的消耗，二氧化碳的比例。

常见的气体传感器包括电化学气体传感器，催化燃烧气体传感器，半导体气体传感器，红外气体传感器等。不同类型的传感器由于原理和结构不同，性能、使用方法、适用气体、适用场合也不尽相同。今天，仪控君就为大家罗列一下常见的气体传感器种类，希望能对大家有所帮助。

电化学气体传感器

相当一部分的可燃性的、有毒有害气体，比如硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学传感器正是基于这种原理。

电化学传感器拥有很多子类：

原电池型气体传感器

这种传感器也被称为加伏尼电池型气体传感器，或燃料电池型气体传感器、自发电池型气体传感器。他们原理与我们日常使用的干电池相同，只不过电池碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧阴极被还原，电子电流表流到阳极，那里铅金属被氧化。因此电流大小与氧气浓度直接相关。这种传感器可以有效检测氧气、二氧化硫、氯气等气体。

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，它原理与原电池型传感器不一样，电化学反应是电流强制下发生，是一种真正库仑分析传感器。这种传感器已经成功用于一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼等气体检测之中，是目前有毒有害气体检测主流传感器。

注：库仑分析是指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的方法。

浓差电池型气体传感器

这种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，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳检测仪。

极限电流型气体传感器

这是一种测量氧气浓度的传感器，工作原理是基于稳定氧化锌固体电解质的氧泵作用，通过气体扩散控制供给阴极的氧而得到极限电流。这种传感器目前主要用于锅炉的燃烧控制、钢水中氧气浓度检测，以及汽车的氧气检测。

半导体式气体传感器

半导体式气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反映，导致敏感元件阻值变化：

氧气等具有负离子吸附倾向的气体，被成为氧化型气体——电子接收型气体；

氢、碳氧化合物、醇类等具有正离子吸附倾向的气体，被称为还原型气体——电子供给型气体。

当氧化（还原）型气体吸附到N（P）型半导体上，半导体的载流子减少（增多），电阻率上升（下降）；吸附到P（N）型半导体上，半导体的载流子增多（减少），电阻率下降（上升）。（可以看出氧化和还原型半导体是截然相反的）因此从这些性质可以有效的检测出对应的气体。

半导体式气体传感器可以有效用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体检测。尤其是，这种传感器成本低廉，可以同时满足工业与民用的需求。

缺点：稳定性较差，受环境影响较大，不宜应用于计量准确要求场所。

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成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。

基于铂电阻优良的温度特性，这种传感器具有计量准确，响应快速。传感器输出与环境爆炸危险直接相关，安全检测领域是一类主导位传感器。

缺点是需要在充足的氧气环境中工作（毕竟需要燃烧）；暗火工作，有引燃爆炸危险；大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用；由于催化剂不断消耗，零点和量程会发生漂移，需要频繁的标定和调节。