一氧化碳传感器的检测原理

目前检测一氧化碳的传感器按检测原理主要分为半导体型、电化学型和红外型，其主要工作原理及优缺点分析如下：

1、半导体型

（1）工作原理及特性曲线

半导体传感器对气体的敏感度取决于敏感元件被加热的温度。对一氧化碳的检测而言，敏感元件被加热的##温度为100“C以下。这个温度远低于对其他气体（如丁烷、甲烷、氢气、乙醇蒸汽等）的检测温度。可是，在如此低的温度下，一氧化碳的响应速度下降，而且其敏感特性很容易受大气中的水蒸气的影响。

为了解决这个问题，敏感元件采用从高温到低温交替加热，在高温期间，水蒸气和其他混杂的气体被从敏感元件表面清除，在低温期间，敏感单元可以很好的检测一氧化碳，且具有优良的灵敏度和再现性。

图1为灵敏度特性曲线，可见一氧化碳的灵敏特性很高。（图中的Ro=空气中含100ppm一氧化碳气氛下的传感器电阻值。

（2）气体响应时间

根据传感器的检测原理，对其表面素子的加热方式一般是采用脉冲方式，所以传感器气体响应时间较长。

图2为传感器分别放置在70、150和400ppm的CO中。然后取出放置在正常空气中的输出信号模型，其输出信号达到90％饱和水平的响应时间大约为3．3min，恢复到90％基本水平的时间在10min之内。

2、电化学型

（1）工作原理及特性曲线

电化学型气体传感器的检测原理如图3所示。

当电解槽的正负电极上施加一个固定电压后，在作用极和对极上分别发生反应，以一氧化碳传感器为例，其化学反应式为：

总反应是一氧化碳被氧化成二氧化碳，电子流动形成外部电流，电荷平衡则是电解液中的载流子流动来完成。

电化学式气体传感器的最大特点是：电流与一氧化碳浓度完全成正比，输出信号与气体浓度呈良好的线性关系，所以信号处理和显示非常方便。另一个特点是，因为是常温反应，不需要加热器，所以，电极间电压可以使用干电池，不需要市电，而且便于携带式一氧化碳报警器。

当然，从检测原理就可以明显看出，电化学式传感器的气体选择性非常高，可以大大降低干扰气体的影响。电化学式一氧化碳传感器的灵敏度特性如图4所示。

在电化学式气体传感器中还有凝胶电化学式和原电池式传感器，在燃气报警中使用较少，不再细讲。

3、红外式传感器

红外式传感器的检测原理是：由2种不同原子构成的分子都有所谓偶极矩（偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积），当气体上照射了红外光后，就会吸收由该气体分子结构决定了的特定波长的光。

从吸收光谱的吸收波长可以判定气体的种类，从吸收的强度可以测定该气体的浓度。这种传感器灵敏度、选择性、特别是精度非常高，常用于仪表，但其结构复杂、成本较高，很少用在报警器上。