傳感器種類及工作原理

常用的傳感器種類概況

傳感器工作原理

1.三及四電極傳感器

雙電極傳感器是毒氣傳感器的zui簡(jiǎn)單形式。但逆電極的極化限制了它的測(cè)量范圍。但如果在設(shè)計(jì)傳感器時(shí)再使用一個(gè)電極，就能使電極穩(wěn)定。在這些傳感器里傳感電極與一個(gè)固定的潛在相對(duì)電極連接（不產(chǎn)生電流），這樣兩個(gè)電極都能保持穩(wěn)定。逆電極仍會(huì)極化，但不對(duì)傳感電極產(chǎn)生任何作用，也不會(huì)影響傳感器工作。 

三電極傳感器在電化學(xué)傳感器中被zui廣泛地應(yīng)用于毒氣監(jiān)測(cè)，盡管這樣，仍有一些應(yīng)用表明三電極設(shè)計(jì)并非*合理。例如互擾氣體或零抵消溫度可能減弱其整體表現(xiàn)。以下介紹的第四種輔助傳感器可以維持其傳感表現(xiàn)，又能同時(shí)測(cè)量?jī)煞N氣體。 

2.廢氣傳感器

四電極技術(shù)能用使得我們能夠使用一個(gè)傳感器來(lái)測(cè)量一氧化碳和硫化氫。內(nèi)置便攜式的安全設(shè)備對(duì)儀器設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)是大好消息。四COSH傳感器與其它標(biāo)準(zhǔn)傳感器運(yùn)作相同，除了它包括兩個(gè)傳感電極：一為一氧化碳，另一個(gè)為硫化氫。當(dāng)一氧化碳擴(kuò)散進(jìn)來(lái)并被第二個(gè)電極氧化的時(shí)候，*個(gè)傳感電極就會(huì)*地將硫化氫氧化。這種四電極設(shè)計(jì)使得一個(gè)傳感器能夠測(cè)量?jī)煞N氣體并且發(fā)出兩種不同的信號(hào)。

3.電化學(xué)傳感器

電化學(xué)毒氣傳感器是微燃料元件，不必保養(yǎng)而可以有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。他們對(duì)氣體的濃度有直接反映而不是對(duì)部份壓力。 

電化學(xué)毒性傳感器的zui簡(jiǎn)單的構(gòu)造包括兩個(gè)電極：感應(yīng)電極和逆電極，由電解質(zhì)薄層分離。電極由一個(gè)塑料模型包括，頂部的小細(xì)孔允許氣體進(jìn)入傳感電極，底部的觸角便于將傳感器與其他外部設(shè)備相連。兩個(gè)觸角可以被連接到允許電壓下落起因于任一當(dāng)前的流程被測(cè)量的一條簡(jiǎn)單的電阻器電路（圖1）。氣體進(jìn)入傳感器后被氧化、或在傳感電極因作用而減少，在另一電極發(fā)生與之對(duì)應(yīng)的（但逆）逆反應(yīng)，在外部電路上形成電流。由于氣體進(jìn)入傳感器的速度由細(xì)孔控制，所以產(chǎn)生的電流與傳感器外當(dāng)前氣體濃度成比例，并能直接測(cè)量當(dāng)前毒氣含量。 

4.紅外傳感器

紅外傳感器，NDIR氣體傳感器的核心部件，測(cè)量精度很大程度取決于傳感器的性能高低。本研究采用高靈敏度紅外傳感器，例如TPS2534Gx/Gy,TPS4339Gw/Gx/Gy/Gz,在其封裝上固定安裝有針對(duì)不同氣體的窄帶干涉濾光片,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體的測(cè)量。為了確保紅外傳感器得到較強(qiáng)的穩(wěn)定信號(hào)，可以設(shè)計(jì)一種紅外傳感器定向軸，即使在前置放大板上焊接的紅外探測(cè)器位置有一定的偏差，本傳感器也可確保與紅外光源和氣室位于同一光學(xué)中心軸上。

紅外傳感器接收紅外光產(chǎn)生的信號(hào)十分微弱，極易受外界的干擾，因此穩(wěn)定可靠的前置放大電路是關(guān)鍵，采用高精密、低飄移的模擬放大電路，并采用窄帶濾波電路。前置放大電路具有精度高、漂移小、響應(yīng)快的特點(diǎn)。前置放大出來(lái)的信號(hào)通過(guò)二級(jí)放大電路，直接輸出一個(gè)與氣體濃度對(duì)應(yīng)信號(hào)，并送入測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)非線性校正和補(bǔ)償后得到氣體濃度。

5.催化元件

催化元件的檢測(cè)元件是在鉑絲線圈（φ0.025~φ0.05）上包以氧化鋁和粘合劑形成球狀，經(jīng)燒結(jié)而成，其外表面敷有鉑、鈀等稀有金屬的催化層，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

對(duì)鉑絲通以電流，使檢測(cè)元件保持高溫（300~400℃），此時(shí)若與可燃?xì)怏w接觸如甲烷氣體，甲烷就會(huì)在催化劑層上燃燒，燃燒的實(shí)質(zhì)是元件表面吸附的甲烷與吸附的氧離子之間的反應(yīng)，反應(yīng)完成后生成CO2和H2O解析，而氣相中的氧由被元件吸附并解離，重新補(bǔ)充元件表面上的氧離子。

利用元件測(cè)量甲烷式基于在其表面測(cè)量甲烷燃燒反應(yīng)放出的熱量的原理，即燃燒使鉑絲線圈的溫度升高，線圈的電阻值就上升。測(cè)量鉑絲電阻值變化的大小就可以知道可燃?xì)怏w的濃度。

在實(shí)際應(yīng)用中常采用惠斯頓電橋測(cè)量電路，如圖2-2所示。電橋中黑元件既是檢測(cè)元件，白元件為補(bǔ)償元件，白元件與黑元件相比只缺少催化劑層，也就是說(shuō)白元件遇到可燃?xì)怏w不能燃燒，。有一些廠家將黑白元件封裝在一個(gè)防爆網(wǎng)內(nèi)，也有一些廠家分別封裝。當(dāng)空氣中有一定濃度的可燃?xì)怏w時(shí)，檢測(cè)元件由于燃燒而電阻值上升，電橋失去平衡，由電壓輸出，起到檢測(cè)作用。

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