气体传感器特点和未来的发展趋势及在多领域应用详解

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。其作为一种将特定气体体积分数转换成相应电信号的转换器，它的应用还是非常广泛的。如今，市场上有各种各样的气体传感器类型，例如一氧化碳传感器、氧气传感器、可燃气体传感器等，它们也被广泛使用。总的来说，各种类型的气体传感器已广泛应用于民用、工业、环境测试中。

一、优缺点

优点：红外气体传感器及仪器应用广泛，适用于监测近乎各种易气体。具有精度高、选择性好、可靠性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点。并在未来逐步成为市场主流。

缺点：由于正在处于起步阶段，技术壁垒高，市场占有率低，规模化生产程度低，造成成本高，基本在上千元左右。

二、主要特性

气体传感器是化学传感器的一大门类。从工作原理、特性分析到测量技术，从所用材料到制造工艺，从检测对象到应用领域，都可以构成独立的分类标准，衍生出一个个纷繁庞杂的分类体系，尤其在分类标准的问题上目前还没有统一，要对其进行严格的系统分类难度颇大。

1、稳定性

稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化。区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时间内的降低。理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。

2、灵敏度

灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制（TLV-thresh-oldlimitvalue）或最低爆炸限（LEL-lowerexplosivelimit）的百分比的检测要有足够的灵敏性。

3、选择性

选择性也被称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。

4、抗腐蚀性

抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10——20倍。在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。气体传感器的基本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要通过材料的选择来确定。选择适当的材料和开发新材料，使气体传感器的敏感特性达到最优。

三、未来的趋势

1、着重于新气敏材料与制作工艺的研究开发

对气体传感器材料的研究表明，金属氧化物半导体材料ZnO，SiO2，Fe2O3等己趋于成熟化，特别是在C比，C2H5OH，CO等气体检测方面。这方面的工作主要有两个方向：

一是利用化学修饰改性方法，对现有气体敏感膜材料进行掺杂、改性和表面修饰等处理，并对成膜工艺进行改进和优化，提高气体传感器的稳定性和选择性;二是研制开发新的气体敏感膜材料，如复合型和混合型半导体气敏材料、高分子气敏材料，使得这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。由于有机高分子敏感材料具有材料丰富、成本低、制膜工艺简单、易于与其它技术兼容、在常温下工作等优点，已成为研究的热点。

2、新型气体传感器的研制

用传统的作用原理和某些新效应，优先使用晶体材料（硅、石英、陶瓷等），采用先进的加工技术和微结构设计，研制新型传感器及传感器系统，如光波导气体传感器、高分子声表面波和石英谐振式气体传感器的开发与使用，微生物气体传感器和仿生气体传感器的研究。随着新材料、新工艺和新技术的应用，气体传感器的性能更趋完善，使传感器的小型化、微型化和多功能化具有长期稳定性好、使用方便、价格低廉等优点。

3、气体传感器智能化

随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视，对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。

气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。

目前，民用领域是半导体金属氧化物气体传感器的主要应用领域。这主要是因为半导体金属氧化物气体传感器的价格便宜并且性能可以满足家庭报警的要求。

具体而言，气体传感器在民用领域的应用主要体现在厨房（可燃气体传感器），检测天然气如天然气、液化石油气和城市燃气泄漏，并通过检测烹饪过程中产生的气体自动控制微波炉烹饪。微波炉里的食物。餐饮;外壳、建筑物、带二氧化碳传感器的会议室和公共场所、烟雾传感器、臭氧传感等，用于控制空气净化器或电风扇的自动运行;在一些高层建筑中，气体传感器也可用于探测火灾射击和报警。

在工业领域，气体传感器主要用于石化工业。一些二氧化碳传感器、氨传感器、一氧化氮传感器可用于特定应用，以检测有害气体，如二氧化碳、氨、氯。此外，它还可用于检测有机溶剂，如半导体和微电子，以及高毒性气体，如磷化氢。在电力工业中，氢传感器可以检测电力变压器油劣化过程中产生的氢。在食品工业中，气体传感器也可以检测肉类。易腐食品的新鲜度，如类别;汽车和窑炉行业的废气中的氧气检测，以及道路交通检测驾驶员呼吸中乙醇的浓度，也有广泛的需求。

环境检测是比较贴近人们日常生活的，这个也是气体传感器比较多的一个应用领域，比如空气中一些有毒有害的气体会严重威胁人们身体健康，一氧化碳、二氧化硫、臭氧等气体，这个时候就需要相应的气体传感器对环境空气质量进行监测。