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物联网-智慧传输-基于单根SnO2纳米线肖特基势垒的气体传感器研究.pdf
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物联网-智慧传输-基于单根SnO2纳米线肖特基势垒的气体传感器研究.pdf
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基丁单根SnO:纳米线肖特基势垒的气体传感器研究
1.2气敏传感器分类及其应用
气敏传感器的种类繁多,目前市场上市场气体传感器大约有如下一些种类:催化燃
烧式气体传感器【4.7】、半导体气体传感器【8.13]、电化学气体传感器【14.19]、光学气体
传感器【20-24]、石英晶体微天平气体传感器【25-28]、微悬臂梁气体传感器等主要类型
[29.34]。各类传感器均由各自的优点与缺点,先分别介绍如下:
1.2.1催化燃烧式气体传感器
催化燃烧式气体传感器的优点是对气体选择性好,线性好,受温度、湿度影响下,
响应快。而且计量准确,响应快速,寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相
关,在安全检测领域是一类主导地位的传感器。但也存在缺点比如在可燃性气体范围内,
无选择性,暗火工作,有引燃爆炸的危险,大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用
同时对低浓度的可燃性气体的气体敏感度低,敏感元件受到催化剂的侵害后其特性锐
减,金属丝易断。这种传感器只能测量可燃气体,对不燃性气体不敏感。这类传感器主
要应用在用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和
报警。
1.2.2金属氧化物半导体气体传感器
这种传感器主要使用半导体气敏材料,金属氧化物半导体气体传感器是目前市场上
使用最广泛的气体传感器,这种传感器最主要的优点是成本低廉,具有灵敏度高、响应
快速、使用简便等,并且适宜于民用气体检测的需求。缺点是这些氧化物半导体的纯相
是光谱性敏感材料,具有灵敏度低、选择性不好、稳定性较差、且有的电阻大、工作温
度高等缺点,同时受环境影响较大。目前该类传感器主要应用于空气中有毒、有害的低
浓度气体的监测,主要包括SOx系、NOx系、H2S、NI-13等气体的监测。
1.2.3电化学气体传感器
该类气体传感器利用材料的电化学性质来检测气体,其主要优点是选择性好、灵敏
度高、成本相对较低、对气体响应快、用于现场监控比较方便。缺点是选择性差,对干
扰气体不能有效区分,误报的可能性大,寿命短,一般在l ̄2年之间。主要用于检测有
毒气体如H2S,CO,Sth等。
2
第1章绪论
1.2.4光学式、石英晶体微天平、微悬臂梁和声表面波气体传感器
光学式气体传感器是利用气体的光学特性来检测气体的成分与浓度的。具有灵敏度
高、稳定性好、使用寿命长等特点,但是这种传感器价格高。石英晶体微天平、微悬臂
梁和声表面波气体传感器都是通过灵敏度高的检测器将敏感材料对气体的结合量输出,
这些传感器都具有灵敏度高、检测限低、体积小等优点,但是他们对气体的选择性要由
敏感材料决定,一般只能在室温下工作【351。
1.2.5气敏传感器的应用
气敏传感器最早用于可燃气体及瓦斯泄漏报警器,用于防灾,保证生产量安全,以
后逐步推广应用,用于有毒气体的检测、容器或管道的检漏、环境监测(防止公害)、
锅炉及汽车的燃烧监测与控制、工业过程的检测与自动控制热水器等方面。气体传感器
不管是对家庭安全还是工业过程控制都是必不可少的,下面列出一些必须依靠可靠的气
敏传感器的场合。
一家庭和工业安全:检测和控制有害气体例如一氧化碳(CO)、氨气(NH3)、氮
氧化物(NOx)、监测易燃易挥发有机化合物(VOCs)例如液化石油气(LPG),烟雾
检测、有毒有害废气监测
二、环境保护:分析汽车尾气排放是否符合排放标准,通过检测温室气体来研究气
候变化
三、食品加工领域:烤面包、烤肉过程中需要用芳香气体传感器来控制烤制过程,
保证新鲜
四、国家安全和防卫:可用于生物武器等
五、医疗诊断:通过分析人呼出的气体来诊断疾病,例如糖尿病、肠胃功能紊乱、
酒精气体检测(查酒驾)等。
六、太空应用:氢气泄漏监测、氧气传感器等。
目前,工厂和家庭中最常用的气敏传感器是半导体式和接触燃烧式。基于金属氧化
物的气体传感器,具有灵敏度高、选择性好,稳定性高、易于微型化和自动化等优点,
在工业控制和环境监测等领域得到广泛应用。金属氧化物半导体式气体传感器可按监测
方式分为电阻式和非电阻式两类。电阻式半导体气体传感器依据其电阻随气体含量的不
同而变化的特征来检测气体。非电阻式半导体气敏元件则利用其电流或电压随气体含量
皇
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programmh
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