最近幾年，氣體傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電子技術(shù)的發(fā)展，如物聯(lián)網(wǎng)，它的技術(shù)也逐漸向小型化、集成化、模塊化和智能化方向發(fā)展。在工業(yè)領(lǐng)域，氣體傳感器是一種可以保護(hù)人和設(shè)備不受有害氣體的直接或間接威脅的領(lǐng)域。不管是便攜式可燃?xì)怏w報(bào)警器，還是固定式氣體傳感器，都是為了保證裝置在使用壽命中的安全運(yùn)行而帶來(lái)的巨額費(fèi)用，使用者一定很清楚。其中，電化學(xué)氣體傳感器廣泛用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)。

電化學(xué)氣體換能器

硫化氫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等易燃性有毒有害氣體中，都具有電化學(xué)活性，能通過(guò)電化學(xué)方法氧化或還原。通過(guò)這些反應(yīng)，可以分辨出氣體成分，檢測(cè)氣體的濃度。電化學(xué)氣體傳感器就是以此為基礎(chǔ)的。

就拿一氧化碳來(lái)說(shuō)，一氧化碳是在工作電極上經(jīng)過(guò)一個(gè)氣孔而進(jìn)入工作電極表面時(shí)，由于工作電極的催化作用，一氧化碳在工作電極上發(fā)生了氧化。該反應(yīng)過(guò)程為： CO+H2O→CO2+2H++2e-

工作電極上的 H+和電子被氧化后，被電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到與工作電極相距一定距離的電極上，使其與水中氧發(fā)生還原反應(yīng)。它的化學(xué)反應(yīng)是：1/2O2+2H++2e-→H2O

所以，在感測(cè)器中，可以進(jìn)行一種可逆的氧化還原反應(yīng)。它的反應(yīng)是：2CO+O2 →2CO2

這種可逆的氧化-還原反應(yīng)總是在工作和對(duì)兩個(gè)電極之間進(jìn)行，并且在兩個(gè)電極之間形成電位差異。但由于兩個(gè)電極之間的反應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致電極極化，因此很難保持恒定的極間電勢(shì)，從而限制了一氧化碳濃度的可探測(cè)范圍。

半導(dǎo)體氣體換能器

這種方法是通過(guò)改變感光元件的電阻，使其在半導(dǎo)體表面上的氧化還原反應(yīng)而得到的。當(dāng)半導(dǎo)體裝置被加熱至穩(wěn)定狀態(tài)后，在與半導(dǎo)體表面發(fā)生氣體接觸時(shí)，被吸收的分子會(huì)先在目標(biāo)表面自由地?cái)U(kuò)散，然后失去動(dòng)能，一部分被汽化，剩下的分子會(huì)通過(guò)熱分解吸附在目標(biāo)表面。如果半導(dǎo)體的工作效率低于其所具有的吸附性，那么該材料上的電子就會(huì)被吸附到具有電荷層的半導(dǎo)體上。比如，像氧這樣的有可能會(huì)吸收負(fù)離子的氣體叫做氧化氣體。當(dāng)半導(dǎo)體的能量比所吸收的能量大時(shí)，它就會(huì)將電子發(fā)射到器件上，形成正的離子。氫氣、一氧化碳等是一種被稱作“還原氣”的氣體。

在 n型半導(dǎo)體上吸附了氧化氣體，而在 P型半導(dǎo)體上則會(huì)被還原氣體所吸收，從而減小了半導(dǎo)體的載流子，增加了電阻。在 n型半導(dǎo)體上吸附了還原型氣體，而在 p型半導(dǎo)體上吸附了氧化氣體，使載流子增加，半導(dǎo)體電阻降低。




審核編輯：劉清