氣體傳感器的問題及解決對策

趙煒杰　徐海洋

摘要：本篇文章綜述了氣體傳感器從提出相關概念到生產出具體產品的發展過程。氣體傳感器在研究和生產中現階段存在的主要問題有實際使用中的交叉敏感問題、生產工藝不成熟、生產成本較高等，文章提出了一些解決方法。氣體傳感器的發展前景非常廣闊，現代人越來越重視空氣質量問題，所以隨著需求增加，生產成本有望大幅降低。

[關鍵詞]氣體傳感器交叉敏感生產成本應用前景

隨著人們對于日常生活中空氣質量的重視程度越來越高，空氣質量檢測項目逐漸變成了一項熱門服務，但是隨著市場范圍的擴大，逐漸暴露出服務價格偏高，檢測設備魚龍混雜、檢測數據造假等問題，這些問題促使我們想要對氣體傳感器的發展和運用有一一個深入、詳細的了解。

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調理，通常包括濾除雜質和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸等。氣體傳感器分類通常是按照氣敏特性來分類，主要可分為：半導體型氣體傳感器、電化學型氣體傳感器、熱導池式氣體傳感器、固體電解質氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。

1國內外發展情況

1.1國內外技術發展研究情況

氣體傳感器所運用的原理不多，只有半導體、催化燃燒、紅外、電化學這四種。

半導體氣體傳感器相對于其他傳感器來說，更加的簡單易用，所以使用面也更為寬泛。在家用方面用于燃氣泄漏監測，消防安全方面用于煙霧監測，是目前被應用的氣體傳感器中最為廣泛的品種;

催化燃燒式氣體傳感器因其檢測原理可用于可燃氣體的檢測，廣泛的被使用在煤礦和石油石化等領域;

紅外氣體傳感器適用于檢測甲烷、二氧化碳等氣體，在實際應用中以二氧化碳濃度檢測儀等類似產品為主，主要應用在室內空氣質量監控、農業生產過程監控等領域。

電化學氣體傳感器非常適合低濃度的毒性氣體檢測，所以在各種工業領域有較為廣泛的應用。同時因其對氧氣和酒精等氣體有著優良的敏感性，所以道路交通安全檢測領域也有應用;

20世紀60年代，世界上第一個氣體檢測器在英國被研制出，而后在80年代，英國科學家提出了氣體傳感器的雛形一利用氣體檢測器模擬生物的嗅覺系統。

20世紀50年代半導體氣體傳感器技術流傳到了日本，并由日本科學家把這項技術推進到了頂峰。而歐洲科學家在發現了半導體技術的種種不足后，開始研究其他傳感器。

我國的氣體傳感器的理論在上個世紀70年代從德國傳入，80年代進入研制階段。

1.2國內外產品研究發展情況

傳統的氣體傳感器廣泛應用于工業和生活的各種領域，近年來，隨著互聯網與物聯網的快速發展，氣體傳感器在新興領域，例如智能移動終端、可穿戴設備等方面的應用突飛猛進，需求量發生了巨大的改變。

現階段的氣體傳感器產品正在從以往的傳統領域逐步向智能化領域轉變，以電子鼻和智能傳感器為代表。電子鼻是由一組傳感器陣列加上識別方法所組成的，一般用于檢測簡單或復雜氣體的氣味。智能傳感器在以外傳感器的功能上增加了信息處理功能，擴展了傳感器的應用領域，增強了傳感器的識別能力。

氣體傳感器的生產企業主要集中在美國，歐洲和日本。國外知名氣體傳感器生產企業有英國的城市技術公司、日本的費加羅公司和英國的阿爾普森斯公司等。國內最大的氣體傳感器生產企業為煒盛科技。

2目前存在的問題及解決的辦法

2.1目前存在的問題

氣體傳感器發展到現在，主要存在以下幾個問題：

2.1.1沒有統一的行業標準

因為生產氣體傳感器的廠家有很多，大家都希望自己的生產和產品標準能夠成為行業標準，所以氣體傳感器到現在沒有一個全球通用的行業標準。

2.1.2交叉敏感問題

從理論上來說，一種氣體的特定傳感器應該只對這一種氣體產生反應，但是因為設計精度、制作工藝、溫度影響和零點漂移等問題的存在，導致了傳感器對于目標氣體以外的氣體也能產生感應。

2.1.3生產成本較高

2015年全球傳感器出貨量大約在150億顆，而在同一年，氣體傳感器的出貨量只有130萬顆，只占到整體傳感器市場的十萬分之一，較其他類型傳感器相對簡單的生產工藝，氣體傳感器的生產工藝更為復雜，生產成本更高，這也是阻礙氣體傳感器更快發展的主要因素。

2.2擬解決的辦法

對于上述段落提出的三個問題，制造商和研究者們都在積極的解決。

（1）盡快開始起草統一"標準或者委托國際標準化組織起草統一標準;

（2）對于交叉敏感問題，從原理角度入手，在傳感器單元增加溫度補償和電壓校準環節，同時改進封裝工藝，以減少因生產工藝而導致的測量誤差;

（3）擴展氣體傳感器應用的領域和方向以增加出貨量，同時改善生產工藝以減少成本，兩種辦法一起能有效促進氣體傳感器的發展。

3未來發展趨勢

（1）新型氣體傳感器的開發與設計;

（2）微型化和傳統化;

（3）氣體傳感器的智能化、圖像化和一體化;

（4）研究具有更高識別靈敏度的新型氣體敏感材料。

4結語

對于氣體傳感器的發展歷程以及未來發展趨勢我們有了更加詳細的了解，希望通過科技發展和技術進步，氣體傳感器能有更加廣闊的應用，能更好的服務于人類社會。

參考文獻

[1]張宇，氣體傳感器在監測化工空氣污染中的應用[J].內蒙古石油化工，2006（07）：18-20.

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