GAD传感器原理

电化学气体传感器原理

电化学传感器通过目标气体参与电极表面的氧化还原反应产生电流，电流强度与气体浓度成正比，其典型结构为三电极系统（工作电极、对电极、参比电极）,并包含电解液和透气膜。

工作原理

1. 气体扩散：目标气体（如CO、H₂S）通过透气膜进入传感器内部。
2. 电极反应：
   • 工作电极：气体被氧化或还原，产生电子转移，O₂在工作电极被还原为OH⁻，同时目标气体（如CO）被氧化。
   • 对电极：发生反向反应,形成闭合回路。
3. 电流检测：电子转移产生的电流经外电路流向对电极,电流大小与气体浓度相关。
4. 参比电极：提供电位基准,确保反应稳定性。

关键参数

• 灵敏度：可达ppb级（如检测H₂S）。
• 选择性：通过电解液配方和透气膜材料优化。
• 寿命：通常1-2年（取决于气体种类和环境）。

优缺点

半导体式气体传感器原理

基于金属氧化物（如SnO₂、ZnO）的电阻变化检测气体，当气体分子吸附在半导体表面时，引起表面载流子浓度变化,导致电阻率改变。

工作原理

1. 吸附与反应：
   • 还原性气体（如H₂、CH₄）：与半导体表面氧离子反应，释放电子，增加载流子浓度,电阻下降。
   • 氧化性气体（如NO₂）：夺取电子，减少载流子,电阻上升。
2. 信号转换：电阻变化通过惠斯通电桥转换为电压信号。

关键参数

• 工作温度：需加热至200-400℃以加速气体吸附反应。
• 选择性：通过掺杂或复合敏感材料提升（如添加催化剂）。

优缺点

非分散红外（NDIR）气体传感器原理

利用气体分子对特定波长红外光的吸收特性，基于比尔-朗伯定律（吸光度与浓度成正比）进行检测。

工作原理

1. 光源发射：红外LED发出特定波长光（如CO₂对应4.26μm）。
2. 气体吸收：目标气体吸收红外光,光强衰减。
3. 光电检测：透射光被探测器接收,转换为电信号。
4. 补偿机制：使用参考通道消除光源老化或粉尘干扰。

关键参数

• 检测范围：ppm至百分比级别（如CO₂检测）。
• 长期稳定性：无消耗部件,寿命可达10年。

优缺点

光离子化检测（PID）传感器原理

通过紫外光（通常10.6eV）电离气体分子，形成正负离子对，在电场作用下产生电流,电流强度反映气体浓度。

工作原理

1. 电离过程：紫外灯照射目标气体（如VOCs）,使其电离为带电粒子。
2. 离子迁移：正负离子在电场中移动,形成电流。
3. 信号放大：微电流经放大器转换为可测电压。

关键参数

• 检测限：低至ppb级（对芳香烃敏感）。
• 适用气体：含C-H键的有机化合物（如苯、甲苯）。

优缺点

技术对比表

FAQs

如何根据应用场景选择GAD传感器？

• 工业安全：优先电化学或半导体传感器（如检测CO、H₂S）。
• 环境监测：NDIR适合CO₂长期监测，PID用于VOCs污染筛查。
• 医疗健康：电化学传感器检测呼出气中的丙酮（糖尿病标志物）。

气体传感器为何需要定期校准？

• 原因：敏感材料老化、环境干扰（如湿度、温度）会导致基线漂移。
• 方法：使用标准气体进行两点校准（零点与量程上限），建议每3-6个月执行一次