氣體分析儀傳感器如何檢測氣體

氣體分析儀傳感器檢測氣體的原理多樣，主要基于不同氣體與敏感材料或物理場之間的相互作用產生可測量的信號變化。以下結合各類傳感器技術進行詳細說明：

一、催化燃燒式傳感器  

原理：可燃氣體在催化劑（如鉑絲）表面發生無焰燃燒，釋放熱量導致鉑絲電阻變化，通過惠斯通電橋測量電阻差值計算濃度。  

特點：適用氣體：甲烷、丙烷等可燃氣體。  

優勢：線性輸出、成本低、穩定性較好。  

局限：需氧氣參與，高濃度氣體易損壞傳感器，無法檢測非可燃性氣體。  

 二、電化學傳感器  

原理：氣體在電極表面發生氧化還原反應，產生與濃度成正比的電流信號。電解液可為液態或固態。  

特點：適用氣體：有毒氣體（如CO、H?S、Cl?）、氧氣。  

優勢：選擇性較好，靈敏度高（ppm級）。  

局限：壽命受電解液蒸發影響（通常2年左右），需定期校準。  

三、光學式傳感器  

1. 紅外傳感器（IR）

原理：基于朗伯-比爾定律，氣體吸收特定波長的紅外光，通過檢測透射/反射光強變化計算濃度。  

分類：非分散紅外（NDIR）：適用于CO?、CH?等。  

開路式紅外：用于大范圍監測，但易受水汽、粉塵干擾。  

優勢：抗中毒、壽命長、高精度。  

局限：無法檢測對稱分子氣體（如H?、O?）。  

 2. 光離子化檢測器（PID）  

原理：紫外燈電離氣體分子，測量離子電流強度。  

適用氣體：揮發性有機物（VOCs），如苯、酮類（電離勢＜紫外燈能量）。  

優勢：響應快（秒級）、靈敏度高（ppb級）。  

局限：對濕度敏感，無法檢測IP值高的氣體（如甲烷）。  

3. 熒光氧傳感器

原理：氧分子淬滅特定熒光，通過熒光強度衰減檢測氧濃度。  

應用：醫療呼吸設備、環境監測。  

原理：氣體吸附導致金屬氧化物（如SnO?、ZnO）電導率變化，通過電阻變化反映濃度。  

特點： 適用氣體：廣譜可燃/有毒氣體。  

優勢：成本低、小型化。  

局限：選擇性差、受溫濕度影響大，需高溫工作。  

五、熱學式傳感器  

1. 熱導式傳感器

原理：利用氣體與空氣的熱導率差異，測量熱敏元件電阻變化（如氫氣的高熱導率）。  

適用場景：高濃度可燃氣體（＞100%LEL）。  

2. 順磁氧傳感器

原理：氧氣具有強順磁性，在磁場中產生吸引力位移，通過位移量測氧濃度。  

優勢：專一性強，精度高。  

六、其他特殊原理  

1. 固體電解質傳感器：  

利用離子導電材料（如氧化鋯），通過離子遷移產生的電位差檢測氣體（如O?）。  

適用高溫環境，但響應慢。  

2. 氣相色譜-傳感器聯用：  

  先分離氣體組分，再用傳感器（如TCD、FID）定量分析，適合復雜混合氣體。  

 主要傳感器類型對比  

傳感器類型                  檢測原理                                       典型氣體                               優勢                                                        局限

催化燃燒式               燃燒熱導致電阻變化        可燃氣（CH?、C?H?）         線性輸出、成本低                        需氧氣，高濃度易損壞  

電化學                         氧化還原電流                    毒性氣體（CO、H?S）         靈敏度高（ppm）                        壽命短（~2年）    

紅外（NDIR）          氣體吸收特定紅外光          CO?、CH?                              抗中毒、穩定性好                          無法測H?/O?        

半導體                          氣體吸附改變電導率            廣譜氣體                              小型化、低成本                             選擇性差，溫濕度敏感    

光離子化（PID）     紫外電離氣體分子              VOCs（苯、甲醛）            響應快（秒級），ppb級                 受濕度干擾                

 關鍵影響因素與校準  

1. 環境干擾：溫度、濕度、壓力可能影響傳感器精度（如紅外傳感器需避免水汽）。  

2. 校準需求：  

  零點校準：在潔凈空氣中調整基準值。  

 量程校準：使用標準氣體標定濃度曲線。  

3. 交叉敏感性：多數傳感器對多種氣體有響應（如半導體傳感器），需算法或濾膜補償。  

 總結  

氣體分析儀傳感器的選擇需綜合考慮目標氣體屬性（可燃性、毒性、化學活性）、濃度范圍、環境條件及成本：  

工業安全監測：催化燃燒（可燃氣體）、電化學（毒性氣體）；  

環境VOCs檢測：PID或紅外；  

氧氣監測：電化學、順磁氧或熒光傳感器；  

高溫/復雜氣體：固體電解質或氣相色譜聯用。  

技術進步正推動傳感器向微型化、陣列化（如納米多孔材料）和智能化（自診斷、物聯網集成）發展。