检测技术大作业机械工程学院2013 届题目气敏传感器介绍与应用学生姓名X X 学号200901XXXXXX 专业机械设计制造及其自动化得分任课老师X X摘要：气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，用来检测气体类别、浓度和成分。
它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
关键词：电阻型非电阻型有毒气体保护环境保证安全ABSTRACT：Gas sensitive sensor is a kind of special gas detection, for the concentration and composition of gas detection, classification. It consists of semiconductor gas sensor, contact combustion type gas sensor and electrochemical gas sensors, which are used most semiconductor gas sensor.Keywords：Resistance type Non resistance Toxic gases Protect environment Ensure safety一、气敏传感器的现状国外，目前应用最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。
仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。
美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。
报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。
结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。
气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。
美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气敏传感器，即可实现对特定气体监测。
美国国际传感器技术（IST）公司应用一种“MegaCas"传感器和微程序控制单元，可检测100种以上毒性气体和可燃性气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。
国内，气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。
其现状是：烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气敏传感器有了试制产品;在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料;低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试;国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。
产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距，与日本比较仍要落后10年。
二、气敏传感器的发展气敏传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展目前，气敏传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气敏传感器一直追求的目标。
如日本费加罗公司推出了检测（0.1～10）×10－6硫化氢低功耗气敏传感器，美国IST提供了寿命达10年以上的气敏传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗CO气敏传感器等。
二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。
如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气敏传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。
国外，气敏传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识很强，对环境安全性和生活舒适性要求极高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。
因此，国外气敏传感器技术得到了较快发展。
据有关数据统计，美国近年气敏传感器年均增长率为（27～30）％。
在微电子和微机械迅速发展的基础上，发展新型传感器工艺，基于MEMS 的新型微结构气敏传感器，主要有硅基微结构气敏传感器和硅微结构气敏传感器。
硅基微结构气敏传感器是衬底为硅，敏感层为非硅材料的微结构气敏传感器。
主要有金属氧化物半导体、固体电解质型、电容型、谐振器型。
硅微结构：主要是金属氧化物－半导体－场效应管（MOSFET）型和钯金属－绝缘体－半导体（MIS）二极管型。
MEMS 技术将传感器与IC 电路集成一起，而且精度高、体积小、质量轻功耗低、选择性高、稳定型高，同种器件之间的互换型高，可以批量生产。
所以是传感器工艺的发展方向，而且基本所有的传感器都可以用MEMS 技术生产。
随着MEMS 技术和纳米技术的发展，将会给气敏传感器的发展提供更广阔的的前景。
同时实现传感器陈列，也就是电子鼻集成成为可能，并将有很大的发展空间，给传感器带来新的发展空间。
国内，气敏传感器发展应以市场为导向，以国民经济现代化需求和人民生命财产安全服务为目标，以新型气敏元件传感器开发和大量需求的气敏元件传感器专业化大生产为重点，搞好推广普及和应用，发展和完善气敏元件传感器、变送器、报警器和应用装置系统等气敏综合应用技术，组建有竞争力的企业集团，开发有自己知识产权的产品，推动我国气敏技术跨上一个新台阶。
在具备条件的企业或企业集团建立技术中心，配备先进开发手段；产品工艺方面，重点解决厚膜、电化学和集成工艺技术，发展MEMS技术；主要产品质量达到世界同期先进水平；开发具有知识产权的新产品，如常温低功耗（电池供电）气敏传感器，新型环境气敏传感器等。
三、几种常见气敏传感器的研究进展1．CO 传感器和最新敏感材料对CO气体检测的适用方法有比色法、半导体法、红外吸收探测法、电化学气敏传感器检测法等。
比色法是根据CO气体是还原性气体，能使氧化物发生反应，因而使化合物颜色改变，通过颜色变化来测定气体的浓度，这种传感器的主要优点是没有电功耗。
半导体CO传感器，通过溶胶-凝胶法获得SnO2基材料，在基材料中掺杂金属催化剂来测定气体。
现国外有研究对SnO2基材料中掺杂Pt、Pd、Au等，并发现当传感器工作在220℃时，在SnO2中掺杂2％的Pt时，传感器对CO具有最大的敏感度。
由于气敏传感器的交叉感应，使得CO传感器对很多气体如H2、CO2、H2O等都有感应，但是采用上面的方法使得对其他气体的敏感度下降很多。
CO电化学气敏传感器敏感电极如常用的金属材料电化学电极有Pt、Au、W、Ag、Ir、Cu等过渡金属元素，这类元素具有空余的d、f电子轨道和多余的d、f 电子，可在氧化还原的过程中提供电子空位或电子，也可以形成络合物，具有较强的催化能力。
又研制了一种新型的CO电化学式气敏传感器，即把多壁碳纳米管自组装到铂微电极上，制备多壁碳纳米管粉末微电极，以其为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对比电极，多孔聚四氟乙烯膜作为透气膜制成传感器，对CO具有显著的电化学催化效应，其响应时间短，重复性好。
利用CO气体近红外吸收机理，研究了一种光谱吸收型光纤CO气敏传感器，该仪器检测灵敏度可达到0.2×10-6。
另一种光学型传感器是用溶胶—凝胶盐酸催化法和超声制得SiO2 薄膜，将薄膜浸入氯化钯、氯化铜混合溶液，匀速提拉，干燥后制得敏感膜，利用钯盐与CO反应，生成钯单质，引起吸光度变化。
现知国外有研究，采用超频率音响增强电镀铁酸盐方法获得磁敏感膜，磁饱和度和矫顽磁力决定对气体的响应敏感度。
当温度加热到85℃时，得到最大响应，检测范围333ppm～5000ppm。
2．CO2 传感器和最新敏感材料目前人们已经研究开发出了红外线吸收法、电化学式、热传导式、电容式及固体电介质CO2传感器及检测仪，其中红外线吸收法和色谱法方法与CO基本相似。
固体电解质CO2气敏传感器是由Gauthier提出的。
初期用K2CO3固体电解质制备的电位型CO2传感器，受共存水蒸气影响很大，难以实用；后来有人利用稳定化锆酸盐ZrO2-MgO设计一种CO2敏感传感器，LaF3单晶与金属碳酸盐相结合制成的CO2传感器具有良好的气敏特性，在此基础上有人提出利用稳定化锆酸盐/碳酸盐相结合成的传感器。
1990年日本山添等人采用NASICON（Na+超导体）固体电解质和二元碳酸盐（BaCO3 Na2CO3）电极，使传感器响应特性有了大的改进。
但是，这类电位型的固态CO2传感器需要在高温（400～600℃）下工作，且只适宜于检测低浓度CO2，应用范围受到限制。
现有采用聚丙烯腈（PAN ）、二甲亚砜（DM SO）和高氯酸四丁基铵（TBA P）制备了一种新型固体聚合物电解质。
以恰当用量配比PAN（DM SO）2（TBA P）2聚合物电解质呈有高达10- 4S·cm- 1的室温离子电导率和好的空间网状多孔结构，由其在金微电极上成膜构成的全固态电化学体系，在常温下对CO2气体有良好的电流响应特性，消除了传统电化学传感器因电解液渗漏或干涸带来的弊端，又具有体积小、使用方便的独到优点。
电容式传感器是利用金属氧化物一般比其碳酸盐的介电常数要大，利用电容的变化来检测CO2。
报道采用溶胶—凝胶法，以醋酸钡和钛酸丁脂为原材料，乙醇和醋酸为溶剂制备了BaTiO3纳米晶材料。
采用这种纳米晶材料为基体，制备电容式CO2气敏传感器。
光纤CO2传感器利用CO2与水结合后，生成的碳酸酸性很弱，其酸性的检测多采用灵敏度较高的荧光法，如杨荣华等人研制的基于荧光碎灭原理的固定有叶琳的聚氯乙烯敏感膜，其原理是利用环糊精对叶琳的荧光增强效应，且该荧光能被溶液中二氧化碳碎灭，该膜响应速度快、重现性好、抗干扰能力强，测定碳酸的范围达到了4.75×10-7～3.90×10-5mol/L，这对化学传感器来说是一个较好的性能指标。