一文读懂气体传感器的分类原理

气体传感器是气体检测仪的核心部件，它能将气体浓度的变化转换为相应的电信号。常见的气体传感器有催化燃烧式、半导体式、红外式、光致电离（PID）式和电化学式等几种。下面分别介绍一下不同分类的工作原理。

1、催化燃烧式气体传感器

催化燃式气体传感器是目前最常用的一种低成本可燃气体传感器。它的内部有一对很小的由铂丝线圈包以陶瓷基料制成的“珠”，其中一个是作为检测元件的敏感”珠”，它的表面覆有一层催化剂，会与所有存在的可燃气体反应。另一个则是不会与任何气体反应的情性“珠”，它只是作为外部温度或湿度变化的补偿元件。

正常工作时，铂丝线圈通电加热至450℃~500℃高温，当接触到可燃气体后，检测元件表面发生催化燃烧反应，温度升高，其内部铂丝电阻也相应升高，通过惠斯通电桥可以精确测量检测元件的阻值变化，从而计算出检测气体的浓度。

2、半导体式气体传感器

半导体式气体传感器常用于探测低浓度的可燃及有毒气体。它的气敏元件是一层沉积在硅片上的金属氧化物薄膜。检测气体接触到金属氧化物后，会吸附在其表面上，使金属氧化物的电阻发生变化，并且这种阻值变化与气体浓度的变化相关。通常半导体传感器的表面被加热到200℃~250℃之间的一个恒定温度，以增加反应速率，降低环境温度变化带来的影响。

3、红外气体传感器

红外气体传感器主要用于检测可燃性气体和二氧化碳气体。它与催化燃烧式气体传感器相比，具有稳定性更好、准确度高、抗干扰能力强、无中毒、适用于恶劣环境、维护少、寿命长等优点，通常被视为检测可燃气体的高端产品；由于价格原因，应用不及催化燃烧式气体传感器广泛，但随着红外传感器制造技术的不断进步和成熟，两者之间的价格差距在缩小，目前红外气体传感器有逐步替换催化燃烧式传感器，实现产品快速升级换代的趋势。常见的红外气体传感器有点型和开路式两种。

点型红外气体传感器由红外源、光学聚焦镜、采样气室和热释电传感器组成。红外源发出的红外光通过采样气室时，特定波长的红外线被气室中的检测气体吸收，比较被吸收的红外光强度和参考红外光强度，可以得到检测气体的浓度。

开路式红外气体传感器由发射端和接收端组成，必须成对安装。发射端发出一束红外线到接收端，当存在检测气体时，光束中特定波长的红外线被气体吸收，比较接收端被吸收的红外光强度和参考红外光强度就可以得出检测气体浓度。开路式红外气体探测器的测量单位为LEL.m，即光路中整体气体浓度乘以距离。

4、PID式气体传感器

光致电离（Photo Ionization Detector，简称PID）型气体传感器可以检测到极低浓度（浓度为ppm，甚至ppb级别）的挥发性有机化合物（VOC）和其它有毒气体的浓度。PID型气体传感器采用光离子电离气体的原理检测气体。它使用一个紫外灯（UV）光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子（离子化），探测器检测到离子化的气体电荷并将其转化为电流信号，电流经过放大运算后，显示为气体的ppm浓度值。检测后，离子会重新还原为原来的气体或蒸汽，PID传感器是一种非破环性传感器，它不会“燃烧”或永久性改变待测气体，这样一来，经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

5、电化学式气体传感器

电化学式气体传感器（Electrochemical gas sensor）在有毒、有害气体的检测上具有不可取代的地位。电化学式气体传感器由电解质、电极、过滤器组成。通过选适当的电压、电解质和电极材料，被测气体在电极表面发生化学反应并产生微电流，此电流与气体浓度成正比，对电流进行分析处理就能得到被测气体的浓度。


审核编辑：汤梓红