你应该了解的10种常见气体检测器技术

在互联互通的世界里，气体传感技术扮演着无形的守护者角色。它保护室内空气质量，提升车辆安全，并确保工厂运转。此外，医疗团队依靠它进行呼吸分析，环保机构也利用它实时追踪污染物。从家庭舒适度到生态健康，气体传感技术正推动各行各业朝着更智能、更安全的方向发展。以下是您应该了解的10种常见气体检测技术：

1. 光电离检测器（PID）

离子电离仪( PID ) 利用紫外光 (UV) 电离挥发性分子，使其电离能低于紫外光子能量。当紫外光子照射到气体上时，会击出电子。由此产生的离子会产生与浓度成正比的电流。典型的 PID 装置包括：紫外灯、电离室、电极、采样和信号电子设备。

PID（颗粒检测仪）广泛应用于工业泄漏检测、加油站燃油蒸汽监测、化学品泄漏应急处理以及危险场所勘测。它们尤其擅长检测低至百万分之一 (ppm) 浓度的挥发性有机化合物 (VOC)、氨 (NH₃)、硫化氢 (H₂S)、 (HCN)、 (PH₃) 等物质。此外，PID 还能快速可靠地发出有毒泄漏预警。

2. 热导率传感器

热 导率 传感器 通过比较热传递来测量气体。它们使用惠斯通电桥，其中一个加热元件暴露于待测气体中，另一个参考元件则暴露于洁净空气中。当不同热导率的气体进入电桥时，会冷却或加热传感元件。因此，电桥会发生倾斜并产生电压。您可以利用该传感器检测工业烟囱排放物或混合气体中的氢气 (H₂)、二氧化碳 (CO₂) 或甲烷 (CH₄) 浓度。

3. 非色散红外（NDIR）传感器

非分散红外（NDIR） 传感器利用特定的红外吸收波段。例如，二氧化碳在 4.26 µm 处吸收。在传感器内部，红外光源发出的光穿过气体室。滤光片选择特定波长的光，检测器测量透过滤光片的光强。根据比尔-朗伯定律，光强的下降值可以反映气体浓度。NDIR 传感器在测量二氧化碳、一氧化碳和甲烷方面表现出色，且具有很高的稳定性。

4. 光纤气体传感器

光在特殊的纤维中传播，这些纤维会与周围的气体分子相互作用。根据气体的不同，纤维可以通过吸收、光热、光声或拉曼效应来感知强度、相位或光谱的变化。

工程师利用空芯光子带隙光纤、反谐振光纤或微纳米芯光纤来检测易燃氢气 （如H2） 或腐蚀性气体。由于光纤具有抗电磁干扰的能力，因此在爆炸性环境和远程监测装置中表现出色。

5. 表面声波（SAW）传感器

表面声波（SAW）传感器 依赖于压电基底，例如石英或铌酸锂（LiNbO₃）。叉指式换能器沿表面发射声波。敏感涂层（通常是聚合物或金属氧化物）会吸附目标气体，从而改变其质量或电导率。因此，声波的速度或频率会发生偏移。我们通过监测这种偏移来测量气体浓度。SAW 传感器对痕量挥发性有机化合物（VOCs）、氨气（NH₃）和硫化氢（H₂S）的检测效果良好。

6. 光声光谱（PAS）

PAS（ 光声光谱法）将光吸收转化为声波。调制后的激光束照射到一个密封的气体池中。吸收光的分子受热膨胀，产生压力波。麦克风拾取这些压力波，并通过信号处理来检测气体浓度。

光声光谱仪 (PAS) 的组成部分包括：激光光源、气体池、麦克风和信号电子器件。由于 PAS 仅对吸收性物质有响应，因此它能够检测工业排放物或实验室研究中 ppb 级的 CO、CO₂ 和甲烷 (CH4)。

7. 基于激光的技术（TDLAS 和 CRDS）

基于比尔-朗伯定律，可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）扫描特定的吸收线——例如，1.65 µm处的CH₄。它测量激光功率损耗，以高选择性计算浓度。

相比之下，腔衰荡光谱法 (CRDS) 将激光束捕获在高精细度光学腔（反射率 >99.99%）中。气体吸收会缩短光的衰减时间；我们通过这种衰减来推导浓度。两种方法都具有 ppb 级的灵敏度和抗干扰能力。

8. 金属氧化物半导体（MOS）传感器

MOS传感器 利用加热的SnO₂或ZnO薄膜。当CO或H₂等还原性气体落在高温表面上时，会发生电子转移，从而改变氧化物的导电性。传感器的电子元件随后会将这种变化转换为气体浓度读数。

MOS器件可检测一氧化碳、甲烷、醇类和甲醛等物质，常用于低成本、高灵敏度的消费电子产品中。同时，MOS传感器也适用于便携式一氧化碳检测器、酒精测试仪以及智能家居中的低成本空气质量监测器。

9. 催化式（催化型）传感器

催化燃烧器内部装有涂覆催化剂的线圈或珠子。当可燃气体接触到高温催化剂（铂或钯）时，会燃烧并释放热量。该热量会提高惠斯通电桥中线圈的电阻，从而产生可测量的输出信号。这些传感器可检测甲烷、丙烷和氢气泄漏，在工业安全系统和家用燃气报警器中表现出色。

10. 电化学传感器

电化学电池 驱动电极上的氧化还原反应。在极化传感器中，恒定电压驱动反应——例如，工作电极上的CO氧化反应。产生的电流与气体浓度成正比。

然而，原电池能够自发产生电流：氧气在一个电极上被还原，而铅在另一个电极上被氧化。这两种类型的电池都能在密闭空间内精确测量氧气、一氧化碳、硫化氢和二氧化硫的浓度。

选择合适的方法

选择传感器时，请考虑以下因素：

1.目标气体及选择性： 单气体应用与多气体应用。

2.检测范围： 从ppb级到百分比级。

3.响应时间： 对于安全警报与稳态控制至关重要。

4.环境： 温度、湿度和电磁干扰暴露。

5.维护与成本： 校准需求和使用寿命。

此外，还要考虑集成问题：有些传感器可以直接接入物联网网络，而有些则需要专用分析仪。权衡性能、价格和实用性，以满足您的项目需求。

总而言之，这十种方法构成了现代气体检测的工具箱。每种方法都各具优势，可应用于从家庭安全到工业自动化等各种领域。通过了解它们的原理和优缺点，您可以选择合适的技术，确保系统平稳安全地运行。