传感器种类及工作原理

常用的传感器种类概况

传感器工作原理

1.三及四电极传感器

双电极传感器是毒气传感器的zui简单形式。但逆电极的极化限制了它的测量范围。但如果在设计传感器时再使用一个电极，就能使电极稳定。在这些传感器里传感电极与一个固定的潜在相对电极连接（不产生电流），这样两个电极都能保持稳定。逆电极仍会极化，但不对传感电极产生任何作用，也不会影响传感器工作。 

三电极传感器在电化学传感器中被zui广泛地应用于毒气监测，尽管这样，仍有一些应用表明三电极设计并非*合理。例如互扰气体或零抵消温度可能减弱其整体表现。以下介绍的第四种辅助传感器可以维持其传感表现，又能同时测量两种气体。 

2.废气传感器

四电极技术能用使得我们能够使用一个传感器来测量一氧化碳和硫化氢。内置便携式的安全设备对仪器设计师来说是大好消息。四COSH传感器与其它标准传感器运作相同，除了它包括两个传感电极：一为一氧化碳，另一个为硫化氢。当一氧化碳扩散进来并被第二个电极氧化的时候，*个传感电极就会*地将硫化氢氧化。这种四电极设计使得一个传感器能够测量两种气体并且发出两种不同的信号。

3.电化学传感器

电化学毒气传感器是微燃料元件，不必保养而可以有长期的稳定性。他们对气体的浓度有直接反映而不是对部份压力。 

电化学毒性传感器的zui简单的构造包括两个电极：感应电极和逆电极，由电解质薄层分离。电极由一个塑料模型包括，顶部的小细孔允许气体进入传感电极，底部的触角便于将传感器与其他外部设备相连。两个触角可以被连接到允许电压下落起因于任一当前的流程被测量的一条简单的电阻器电路（图1）。气体进入传感器后被氧化、或在传感电极因作用而减少，在另一电极发生与之对应的（但逆）逆反应，在外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由细孔控制，所以产生的电流与传感器外当前气体浓度成比例，并能直接测量当前毒气含量。 

4.红外传感器

红外传感器，NDIR气体传感器的核心部件，测量精度很大程度取决于传感器的性能高低。本研究采用高灵敏度红外传感器，例如TPS2534Gx/Gy,TPS4339Gw/Gx/Gy/Gz,在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片,可以实现对不同气体的测量。为了确保红外传感器得到较强的稳定信号，可以设计一种红外传感器定向轴，即使在前置放大板上焊接的红外探测器位置有一定的偏差，本传感器也可确保与红外光源和气室位于同一光学中心轴上。

红外传感器接收红外光产生的信号十分微弱，极易受外界的干扰，因此稳定可靠的前置放大电路是关键，采用高精密、低飘移的模拟放大电路，并采用窄带滤波电路。前置放大电路具有精度高、漂移小、响应快的特点。前置放大出来的信号通过二级放大电路，直接输出一个与气体浓度对应信号，并送入测控系统，通过非线性校正和补偿后得到气体浓度。

5.催化元件

催化元件的检测元件是在铂丝线圈（φ0.025~φ0.05）上包以氧化铝和粘合剂形成球状，经烧结而成，其外表面敷有铂、钯等稀有金属的催化层，其结构如图2-1所示。

对铂丝通以电流，使检测元件保持高温（300~400℃），此时若与可燃气体接触如甲烷气体，甲烷就会在催化剂层上燃烧，燃烧的实质是元件表面吸附的甲烷与吸附的氧离子之间的反应，反应完成后生成CO2和H2O解析，而气相中的氧由被元件吸附并解离，重新补充元件表面上的氧离子。

利用元件测量甲烷式基于在其表面测量甲烷燃烧反应放出的热量的原理，即燃烧使铂丝线圈的温度升高，线圈的电阻值就上升。测量铂丝电阻值变化的大小就可以知道可燃气体的浓度。

在实际应用中常采用惠斯顿电桥测量电路，如图2-2所示。电桥中黑元件既是检测元件，白元件为补偿元件，白元件与黑元件相比只缺少催化剂层，也就是说白元件遇到可燃气体不能燃烧，。有一些厂家将黑白元件封装在一个防爆网内，也有一些厂家分别封装。当空气中有一定浓度的可燃气体时，检测元件由于燃烧而电阻值上升，电桥失去平衡，由电压输出，起到检测作用。

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