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何謂氣體傳感器/氣體傳感器的領軍企業費加羅技研

何謂氣體傳感器 ~氣體傳感器的檢測原理~

所謂氣體傳感器,是一種可以檢查出目視不到的氣體存在的傳感裝置。在以家用天燃氣·丙烷氣體報警器為主的空調與空氣潔凈器、汽車等領域廣泛得到應用?,F在對我公司最擅長的3中氣體檢測原理進行說明。

  • 半導體式
  • 催化燃燒式
  • 電化學式

傳感器元件構成與電極反應式

傳感器由來自貴金屬催化劑的檢測極、對極與離子傳導體構成。當CO等檢測對象氣體存在時,在檢測極催化劑上與空氣中的水蒸氣發生(1)式所示的反應。

CO + H2O → CO2+ 2H+ + 2e- …(1)

檢測極與對極接通電流(短路)后,檢測極產生的質子(H+)與同時產生的電子(e-)分別通過離子傳導體與外部電線(引線)各自到達對極,在對極上與空氣中的氧之間發生(2)式所示的反應。

(1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O …(2)

也就是說此傳感器構成了由(1)(2)反應式形成的(3)反應式的全電池反應,可以認為是將氣體作為活性物質的電池。

CO + (1/2)O2 → CO2 …(3)

當做氣體傳感器使用時,接通檢測極與對極的電流,來測定其短路電流。

CO濃度檢測原理公式

對流過外部電路的短路電流與氣體濃度的關系,通過傳感器進行適當的擴散控制(控制氣體的流入量),呈現出式子(4)這樣的比例關系(右圖)。

I = F × (A/σ) × D × C × n …(4)

這里 I:短路電流;A:擴散孔面積;σ:擴散層長度;D:氣體擴散系數;C:氣體濃度;n:反應的電子數量

特長

反應式(1)所示的氧化電位由于比氧化電極電位的基準值(2H+ + 2e- ? H2)要低(擁有較低電位),因此此反應不需要消耗來自外部的電壓、溫度等其他能量,可以有選擇地進行,與別的檢測方式相比在干擾性、重復性、節電方面要優越得多。

使用要求與注意事項

  • 使用時請務必閱讀我公司的產品技術資料,對產品規格與使用條件進行確認。
  • 設計時要注意避免當電路上其他電子部件發生短路、開路等異常狀況時給氣體傳感器帶來超過額定值的電壓、電流與溫度。
  • 設計時要注意避免因氣體傳感器的故障而影響到其他的部件,直接或間接導致使用了氣體傳感器的機器產生誤動作、冒煙、起火或其他不穩定的狀態,使機器的安全性受損。
  • 如有必要,敬請考慮采取設置類似于保護電路這樣的故障保護安全措施。

關于使用安全注意事項

關于使用電壓
如果氣體傳感器被施加了超過額定值的電壓,即使未出現斷線與物理性損傷的情況,也有可能發生傳感器特性受到影響的情況。氣體傳感器一旦有過過電壓經歷,請不要使用。
關于使用溫度
請不要在超過額定溫度的高溫下使用氣體傳感器。在超過額定溫度的高溫環境下電極膜會劣化,傳感器的特性很有可能會受到影響。
關于使用環境
  • ?氣體傳感器如果受到堿金屬的污染,氣體傳感器的特性有可能受到顯著影響。尤其要避開鹽水噴霧。
  • ?如果暴露于氨氣等堿性高濃度氣體中,氣體傳感器的特性很有可能受到影響,因此要避免出現這樣的情況。
  • ?要避免在有可能使用了硅粘結劑與含有硅的發膠、硅橡膠、硅膩子的場所使用或保管氣體傳感器。從含硅的產品蒸發出來的硅蒸汽有可能引起傳感器內部氣體流入通道的堵塞。
  • ?氣體傳感器內部與表面如果持續長時間大量結露的話,可能會引起氣體流入通道的堵塞與氣體敏感膜的劣化情況發生。正常的室內環境中產生的輕微結露對氣體傳感器不會產生重大的影響。
  • ?如果氣體傳感器暴露于硫化氫與硫酸系氣體環境時,有可能出現內部的氣體擴散膜與蓋帽、或本體受到腐蝕,氣體傳感器受損的情況。
  • ?氣體傳感器如果暴露于酒精類、丙酮、揮發油等產生的有機物蒸汽中,氣體敏感部吸附有機物蒸汽,可能會發生傳感器特性短時間變化的情況。
  • ?氣體傳感器如果暴露于極度的粉塵與油性氣霧中,有可能在氣體傳感器內部發生孔眼堵塞的情況。如果可以預知是這樣的使用環境,建議在氣體傳感器的上部加裝外接過濾器。
  • ?當在低溫環境中發生快速凍結的情況時,氣體傳感器內部可能發生漏水對氣體傳感器的特性產生影響。尤其是當把蓋帽朝下設置于機器中的時候,很容易發生這樣的情況。
如何處理
  • ?請不要將傳感器浸入水中、或將水灑到傳感器上,否則有可能對傳感器的特性造成影響。
  • ?如果讓氣體傳感器受到強烈震動或撞擊,其內部可能會發生斷線或短路等情況。
  • ?請不要隨意分解氣體傳感器,也不要使本體與蓋帽部位發生變形。
關于保管方法
如果將氣體傳感器放置在密封袋這樣密閉性很強的容器內保管的話,因周圍溫度的變化氣體傳感器內部可能出現結露的情況。
設計應用機器時的注意事項
出現零度以下的低溫時水槽里的水有可能結冰凍結,一般情況下結冰不會對氣體傳感器的特性產生影響,但水結冰后體積增大有可能使氣體傳感器胴體發生變形的情況出現。設計機器時要注意防止氣體傳感器因結冰變形后與配置在周圍的其它電子產品和電路基板發生接觸。
安裝時的注意事項
  • ?用焊錫將傳感器焊接到電路基板時,如果使用焊錫槽,焊錫產生的高濃度助焊劑蒸汽有可能對傳感器特性產生影響。我們建議手焊操作??紤]使用焊錫槽的話,請在量產前用試驗組預先對傳感器特性可能產生的影響進行確認。
  • ?為提高對濕度的耐受性、對氣體的耐受性而用樹脂涂膜時,樹脂所含的化學成分溶劑可能會引起特性下降的情況發生。
  • 半導體式
  • 催化燃燒式
  • 電化學式
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