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一氧化碳傳感器的檢測原理

2020-2-17  閱讀(1029)

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目前檢測一氧化碳的傳感器按檢測原理主要分為半導(dǎo)體型、電化學(xué)型和紅外型,其主要工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)分析如下:

 

1、半導(dǎo)體型

 

(1)工作原理及特性曲線

 

半導(dǎo)體傳感器對氣體的敏感度取決于敏感元件被加熱的溫度。對一氧化碳的檢測而言,敏感元件被加熱的##溫度為100“C以下。這個溫度遠(yuǎn)低于對其他氣體(如丁烷、甲烷、氫氣、乙醇蒸汽等)的檢測溫度??墒牵谌绱说偷臏囟认?,一氧化碳的響應(yīng)速度下降,而且其敏感特性很容易受大氣中的水蒸氣的影響。

 

為了解決這個問題,敏感元件采用從高溫到低溫交替加熱,在高溫期間,水蒸氣和其他混雜的氣體被從敏感元件表面清除,在低溫期間,敏感單元可以很好的檢測一氧化碳,且具有優(yōu)良的靈敏度和再現(xiàn)性。

 

圖1為靈敏度特性曲線,可見一氧化碳的靈敏特性很高。(圖中的Ro=空氣中含100ppm一氧化碳?xì)夥障碌膫鞲衅麟娮柚怠?/p>

 

(2)氣體響應(yīng)時間

 

根據(jù)傳感器的檢測原理,對其表面素子的加熱方式一般是采用脈沖方式,所以傳感器氣體響應(yīng)時間較長。

 

圖2為傳感器分別放置在70、150和400ppm的CO中。然后取出放置在正常空氣中的輸出信號模型,其輸出信號達(dá)到90%飽和水平的響應(yīng)時間大約為3.3min,恢復(fù)到90%基本水平的時間在10min之內(nèi)。

 

2、電化學(xué)型

 

(1)工作原理及特性曲線

 

電化學(xué)型氣體傳感器的檢測原理如圖3所示。

 

當(dāng)電解槽的正負(fù)電極上施加一個固定電壓后,在作用極和對極上分別發(fā)生反應(yīng),以一氧化碳傳感器為例,其化學(xué)反應(yīng)式為:

 

總反應(yīng)是一氧化碳被氧化成二氧化碳,電子流動形成外部電流,電荷平衡則是電解液中的載流子流動來完成。

 

電化學(xué)式氣體傳感器的大特點(diǎn)是:電流與一氧化碳濃度*成正比,輸出信號與氣體濃度呈良好的線性關(guān)系,所以信號處理和顯示非常方便。另一個特點(diǎn)是,因?yàn)槭浅胤磻?yīng),不需要加熱器,所以,電極間電壓可以使用干電池,不需要市電,而且便于攜帶式一氧化碳報警器。

 

當(dāng)然,從檢測原理就可以明顯看出,電化學(xué)式傳感器的氣體選擇性非常高,可以大大降低干擾氣體的影響。電化學(xué)式一氧化碳傳感器的靈敏度特性如圖4所示。

 

在電化學(xué)式氣體傳感器中還有凝膠電化學(xué)式和原電池式傳感器,在燃?xì)鈭缶惺褂幂^少,不再細(xì)講。

 

3、紅外式傳感器

 

紅外式傳感器的檢測原理是:由2種不同原子構(gòu)成的分子都有所謂偶極矩(偶極長和偶極上一端電荷電量的乘積),當(dāng)氣體上照射了紅外光后,就會吸收由該氣體分子結(jié)構(gòu)決定了的特定波長的光。

 

從吸收光譜的吸收波長可以判定氣體的種類,從吸收的強(qiáng)度可以測定該氣體的濃度。這種傳感器靈敏度、選擇性、特別是精度非常高,常用于儀表,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高,很少用在報警器上。

 

 

 

 

 

 

 

 

(來源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)

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