气体传感器的分类

 

***标准GB7665-87 ，对传感器的定义是：传感器是能感受规定被测量并按照一定规

律转换成可用输出信号的器件或装置。气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器,

一般认为，气体传感器的定义是以检测目标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成

份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。比如，检测

气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，

尽管它们有时使用大体一致的检测原理。

早在上个世纪70 年代，气体传感器就已经成为传感器领域的一个大系，属于化学传感

器的一个分支。

目前流行于市场的气体传感器大约有如下一些种类：

1、半导体式气体传感器

它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变

化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二***在高温下遇到酒精气体时，

电阻会急剧减小的原理制备的。

半导体式气体传感器可以有效地用于：***、***、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧

化碳、二氧化碳、乙烯、***、***、***、***等很多气体地检测。尤其是，这种

传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。

下列几种半导体式气体传感器是成功的：***（***、沼气）、酒精、***（城

市煤气）、***、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。

缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是***的，

输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。

目前这种传感器的主要供应商在日本（发明者），其次是中国，***近有新加入了韩国，

其他***如美国在这方面也有相当的工作，但是始终没有汇入主流！中国在这个领域投入的

人力和时间都不亚于日本，但是由于多年来***政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流

行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，相信，随着市场进步，民营资

本的进一步兴起，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待！

2、催化燃烧式气体传感器

这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气

体在其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函

数。

催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡

是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。当然，『凡是可以燃烧的，都能够检测』这一句有

很多例外，但是，总的来讲，上述选择性是成立的。

催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的***

***直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。

缺点：在可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃***的***。大部分元素

有机蒸汽对传感器都有***作用。

目前这种传感器的主要供应商在中国、日本、英国（发明国）！目前中国是这种传感器

的***大用户（煤矿），也拥有***佳的传感器生产技术，尽管不断有各种各样的代理商在宣传

上干扰社会对这种传感器的认识，但是毕竟，催化燃烧式气体传感器的主流制造商在国内。

3、热导池式气体传感器

每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导率差别较大时，可以

利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧

化碳的检测、高浓度***的检测。

这种气体传感器可应用范围较窄，限制因素较多。

这是一种老式产品，全世界各地都有制造商。产品质量全世界大同小异。

4、电化学式气体传感器

相当一部分的可燃性的、******气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。

利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类：

（1）、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气

体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池

的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到

阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检

测氧气、***、***等。

（2）、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它

的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库

仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：***、***、氢气、氨气、肼、等气

体的检测之中，是目前******气体检测的主流传感器。

（3）、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发

形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气

传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

（4）、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电

流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓

度检测。

目前这种传感器的主要供应商遍布全世界，主要在德国、日本、美国，***近新加入几

个欧洲供应商：英国、瑞士等。中国在这个领域起步很早，但是产业化进程效果不佳。

5、红外线气体传感器

大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以

确定某气体的浓度。

这种传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS 技术为基础的传感

器工业的发展，这种传感器的体积已经由10 升，45 公斤的巨无霸，减小到2 毫升（拇指大

小）左右。使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维

护化。

红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

这种传感器成功的用于：二氧化碳、***的检测。

目前这种“传感器”的供应商在欧洲！中国在这一领域目前是“半”空白！

6、磁性氧气传感器

这是磁性氧气分析仪的核心，但是目前也已经实现了“传感器化”进程。

它是利用空气中的氧气可以被强磁场吸引的原理制备的。

这种传感器只能用于氧气的检测，选择性***。大气环境中只有氮氧化物能够产生微

小的影响，但是由于这些干扰气体的含量往往很少，所以，磁氧分析技术的选择性几乎是唯

一的！

老牌工业产品，全世界各地都有制造商。（当然我说的是作为一次仪表的氧气分析仪，

它在一定范围内可以被看作传感器。而以纯粹传感器形式生产的这种产品，是***近的事情。）

 

7、其他

近年来，随着新技术的不断涌现，气体传感器技术也在不断发生着相应的革命。气体

传感器的种类也在随着增添新丁。

但是，有些传感器是否应该列在气体传感器名下颇有争议，比如：PID 检测器，尽管

也是用于气体的检测，尽管体积一样小巧，但是，由于不能真正实现免维护化，因此，这种

装备，无论体积有多小，都应该列在“检测仪器”的名下。

另外，以光导纤维为基础的光学传感器发展迅猛，尽管还没有对电子传感器构成***

的“威胁”，但是其特有的优势，或许有一天大放异彩。

***后，从事气体传感器销售的商家，为了自身商业目的，有时夸大某种特定的传感器

的能力，混淆传感器的分类，这些都不利于用户正确应用气体传感器。其实，传感器的应用和传感器的制造一样，也是一门学问啊！