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簡單形式。但逆電極的極化限制了它的測量范圍。但如果在設計傳感器時再使用一個電極，就能使電極穩定。在這些傳感器里傳感電極與一個固定的潛在相對電極連接（不產生電流），這樣兩個電極都能保持穩定。逆電極仍會極化，但不對傳感電極產生任何作用，也不會影響傳感器工作。 

三電極傳感器在電化學傳感器中被zui廣泛地應用于毒氣監測，盡管這樣，仍有一些應用表明三電極設計并非*合理。例如互擾氣體或零抵消溫度可能減弱其整體表現。以下介紹的第四種輔助傳感器可以維持其傳感表現，又能同時測量兩種氣體。 

2.廢氣傳感器

四電極技術能用使得我們能夠使用一個傳感器來測量一氧化碳和硫化氫。內置便攜式的安全設備對儀器設計師來說是大好消息。四COSH傳感器與其它標準傳感器運作相同，除了它包括兩個傳感電極：一為一氧化碳，另一個為硫化氫。當一氧化碳擴散進來并被第二個電極氧化的時候，*個傳感電極就會*地將硫化氫氧化。這種四電極設計使得一個傳感器能夠測量兩種氣體并且發出兩種不同的信號。

3.電化學傳感器

電化學毒氣傳感器是微燃料元件，不必保養而可以有長期的穩定性。他們對氣體的濃度有直接反映而不是對部份壓力。 

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

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不同氣體的窄帶干涉濾光片,可以實現對不同氣體的測量。為了確保紅外傳感器得到較強的穩定信號，可以設計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中心軸上。

紅外傳感器接收紅外光產生的信號十分微弱，極易受外界的干擾，因此穩定可靠的前置放大電路是關鍵，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、響應快的特點。前置放大出來的信號通過二級放大電路，直接輸出一個與氣體濃度對應信號，并送入測控系統，通過非線性校正和補償后得到氣體濃度。

5.催化元件

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

對鉑絲通以電流，使檢測元件保持高溫（300~400℃），此時若與可燃氣體接觸如甲烷氣體，甲烷就會在催化劑層上燃燒，燃燒的實質是元件表面吸附的甲烷與吸附的氧離子之間的反應，反應完成后生成CO2和H2O解析，而氣相中的氧由被元件吸附并解離，重新補充元件表面上的氧離子。

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

在實際應用中常采用惠斯頓電橋測量電路，如圖2-2所示。電橋中黑元件既是檢測元件，白元件為補償元件，白元件與黑元件相比只缺少催化劑層，也就是說白元件遇到可燃氣體不能燃燒，。有一些廠家將黑白元件封裝在一個防爆網內，也有一些廠家分別封裝。當空氣中有一定濃度的可燃氣體時，檢測元件由于燃燒而電阻值上升，電橋失去平衡，由電壓輸出，起到檢測作用。

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