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气体传感器的问题是稳定性能不能满足需求

时间:2022-01-03 点击次数:

公众可能不熟悉传感器的概念,但红外温度计、酒后驾驶呼吸酒精探测器和家用气体泄漏报警器是常用的电子测量仪器,在人们的日常生活中发挥着重要作用,其核心设备是传感器。

传感器是一种能感觉到规定测量并按规定转换为可用输出信号的装置或装置。它通常由敏感元件和转换元件组成。

其中,气体传感器一般用于测量环境中某些气体或有机挥发物的浓度,主要用于环境监测、石化生产安全监测、煤矿气体监测、医疗诊断等安全监测领域。

传感器是一种重要的信息获取装置。

气体传感器有很多种,根据测量对象、测量原理和传感器的敏感材料。

具体来说,气体传感器的测量对象包括氧气、易燃易爆气体(氢气、甲烷、乙炔等)、有毒有害气体(一氧化碳、氨、二氧化氮等)和有机挥发物(酒精、丙酮等)。

常见的气体传感器包括电阻、催化燃烧、电化学、光学、导热等。常见的气体传感器敏感材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、催化剂材料、固体电解质和杂化材料。

金属氧化物半导体传感器具有广谱性,对绝大多数气体有反应,但其稳定性和选择性有待提高。

催化燃烧传感器主要用于检测氢、甲烷等可燃气体,检测浓度较高。

主要用于测量氧气和氮氧化物,主要用于监测汽车尾气排放。

光学传感器只对吸收特特征光的气体,测量范围广,但容易受到湿度和灰尘的干扰。

导热气体传感器只能用于定量测试,即已知环境中的气体含量。

传感器是信息传输技术(通信技术和信息处理技术)和计算机技术的三个重要组成部分。随着物联网的兴起,传感器的作用越来越受到重视。

物联网是一种连接物体、人、系统和信息资源的智能服务系统,通过感知设备处理和响应物理和虚拟世界的信息。信息系统首先要解决的问题是传感器,以适当、准确、高效的成本获取信息。这需要进一步提高传感器的性能,并有相应的信号接口,因为一般气体传感器的输出是模拟量,只有通过相应的模数转换和一定的接口协议才能适应物联网。一般需要将模数转换模块或气体传感器、调节电路和模数转换电路集成到单片系统中,这涉及到不同材料微纳加工工艺的兼容性。

此外,对于智能移动终端,气体传感器的功耗和尺寸不能太大,成本可以被消费者接受。

微型化、新材料、智能化已成为重要方向。

灵敏度高意味着检测限制低,可以降低预警浓度,提高安全性。高选择性可以避免或减少非目标气体的干扰,降低误报率。传感器的检测速度由响应性和恢复性决定。气体传感器应用中最大的问题是稳定性不能满足需求。这是因为气体传感器的检测过程通常涉及化学反应。化学反应和环境氛围会对材料表面和微观结构产生慢性影响,使传感器性能的稳定性和使用寿命不能满足实际需要。

气体传感器的发展趋势主要体现在三个方面:

一是微型化。采用硅基微加工技术或多层陶瓷烧结技术,采用薄膜混合电子技术和微传感器,实现批量制造,提高一致性和互换性,显著降低体积和功耗,可应用于能耗低、尺寸小的领域。

二是新材料的应用。气体传感器的关键是气体敏感材料。敏感材料决定了传感器的性能,特别是选择性和稳定性。纳米材料、分级材料、杂化材料、新碳材料(碳纳米管、石墨烯、石墨炔等)的应用,以及新的二维材料和金属有机框架化合物,对提高气体传感器的性能,拓宽气体传感器的应用领域具有潜在意义。

三是智能化。单立传感器设备中存在的问题可能无法在短时间内解决。该算法可用于补偿和改进,将各种相同或不同类型的气体传感器组成传感器阵列,处理信号,使用先进的算法获取更有价值的信息,提高测量仪器的性能。

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