气体传感器及其应用

　　气体传感器是传感技术中的重要组成部分，能将气体特定成份检测出来，并将其转成适当信号，若与微机结合进行在线监控，会大大提高分析速度和准确度。

　　自1962年日本研制出第一种可燃性气体传感器之后〔1〕，气体传感器从理论到应用均得到迅速发展，已广泛应用在各个领域。历次国际性传感器会议中与气体有关的传感器均为重要内容之一。我国有关传感器技术方面的会议召开过多次，气体传感器方面报告均占30%以上，多者达40%，气敏元件和气体传感器已成为传感技术中的独立分支。各国气体分析技术交流会议中，气体传感器用于气体分析的报告为交流内容之一。

　　本文就与气体检测有关的气敏元件和气体传感器的种类、应用及发展作一简单介绍。

　　一、气体传感器的分类及概况

　　人们已研制和生产了各种形式的气敏元件和气体传感器，常用的有以下几种:

　　1.半导体气体传感器

　　这类传感器应用普遍，在气体传感器中约占60%，根据其机理分为电导型和非电导型，电导型中又分为表面型和容积控制型，表1列出各种半导体传感器。

　　(1)snOZ半导体是典型的表面型气敏元件，其传感原理是SnO:为n型半导体材料，当施加电压时，半导体材料温度升高，被吸附的氧接受了半导体中的电子形成了O2、O一或O一2，当有还原性气体HZ、CO、CH;等存在时，使半导体表面电阻下降，电导上升，电导变化与气体浓度成比例。NIO为p型半导体，氧化性气体使电导下降，对O2敏感，ZnO2半导体传感器也属于此种类型。

　　(2)容积控制型传感器的原理是晶格缺陷变化导致电导率变化，如FeZO3，TIOZ等对可燃性气体敏感。对其原理认识不尽统一，但同样随气体气氛的改变，电导发生变化，并与气体浓度成比例关系。

　　(3)热线性传感器是利用热导率变化的半导体传感器，称为热线性半导体传感器。它是在Pt丝线圈上涂敷SnO2层，其中R丝除起加热作用外，还有检测温度变化的功能。施加电压后半导体变热，表面吸氧，使自由电子浓度下降，可燃性气体存在时，由于燃烧耗掉氧，自由电子浓度增大，导热率随自由电子浓度增加而增大，散热率相应增高，使R丝温度下降，阻值减小，而Pt丝阻值变化与气体浓度为线性关系。

　　这种传感器体积小、稳定、抗毒、可检测低浓度气体，在可燃气体检测中有重要作用。

　　(4)非电导型的FET场效应晶体管气体传感器是近几年发展起来的新型气体传感器。Pd棚FET场效应晶体管传感器，利用Pd吸收H:并扩散达到半导体Si和Pd的界面，减少Pd的功函，对HZ、CO敏感，金属氧化物半导体结型二极管整流特性随气体成份而变化。利用这种气体传感器可以测HZ、SIH4。非电导型FET场效应晶体管气体传感器体积小，便于集成化，能实现多功能，是有发展前途的气体传感器。