氣體傳感器
關(guān)注創(chuàng)建者：用戶_10041 創(chuàng)建時(shí)間：2016-12-19
氣體傳感器的視頻教程
HBK力傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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IO-Link 數(shù)字稱重傳感器
HBK近年來(lái)陸續(xù)推出了多款基于IO-Link的數(shù)字稱重傳感器，還有集成多種工業(yè)以太網(wǎng)接口的儀表。本次研討會(huì)將全面介紹HBK最新推出的稱重產(chǎn)品，包括digiBox, SP4Mi, HLCi, 還有即將上市的FIT5X-IE。除此之外，還有針對(duì)精度要求苛刻而設(shè)計(jì)的SPLAS小容量傳感器等。
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高精度稱重傳感器解決方案
高精度稱重傳感器解決方案 適用人群：適用于各行業(yè)包裝設(shè)備制造商，檢重秤制造商，特別是食品、藥品包裝機(jī)械設(shè)備制造商。
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氣體傳感器的實(shí)例教程
[e]S=Nd exp{-(1/6)(a/LD)2-p} ... (1)
由大小、施子密度相同的球狀氧化錫粒子組成的傳感器的電阻值R，可使用flat band時(shí)的電阻值R0，通過式子（2）表示。[e]S減少則將增大，[e]S增大則將縮小。
R/R0= Nd/[e]S ... (2)
使用了氧化錫的半導(dǎo)體式氣體傳感器，就是這樣通過氧化錫粒子表面的[O-]的變化來(lái)體現(xiàn)電阻值R的變化。
置于空氣中被加熱到數(shù)百度的氧化錫粒子，一旦暴露于一氧化碳這樣的還原性氣體中，其表面吸附的氧氣與氣體之間發(fā)生反應(yīng)后，使[O-]減少，結(jié)果是[e]S增大，R縮小。消除還原性氣體后，[O-]增大到暴露于氣體前的濃度，R也將恢復(fù)到暴露于氣體前的大小。使用氧化錫的半導(dǎo)體式氣體傳感器就是利用這個(gè)性能對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)。
二、催化燃燒式氣體傳感器工作原理
催化燃燒式氣體傳感器由對(duì)可燃氣體進(jìn)行反應(yīng)的檢測(cè)片（D）和不與可燃氣體進(jìn)行反應(yīng)的補(bǔ)償片（C）2個(gè)元件構(gòu)成。如果存在可燃氣體的話，只有檢測(cè)片可以燃燒，因此檢測(cè)片溫度上升使檢測(cè)片的電阻增加。
相反，因?yàn)檠a(bǔ)償片不燃燒，其電阻不發(fā)生變化（圖1）。這些元件組成惠斯通電橋回路（圖2），不存在可燃氣體的氛圍中，可以調(diào)整可變電阻（VR）讓電橋回路處于平衡狀態(tài)。
然后，當(dāng)氣體傳感器暴露于可燃氣體中時(shí)，只有檢測(cè)片的電阻上升，因此電橋回路的平衡被打破，這個(gè)變化表現(xiàn)為不均衡電壓（Vout）而可以被檢測(cè)出來(lái)。此不均衡電壓與氣體濃度之間存在圖3所示的比例關(guān)系，因此可以通過測(cè)定電壓而檢出氣體濃度。
■ (圖1)測(cè)定電路
■ (圖2)測(cè)試電路
■ (圖3)
三、電化學(xué)氣體傳感器工作原理
傳感器元件構(gòu)成與電極反應(yīng)式
傳感器由來(lái)自貴金屬催化劑的檢測(cè)極、對(duì)極與離子傳導(dǎo)體構(gòu)成。
展開 區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。
1.2靈敏度
靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測(cè)輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)構(gòu)所使用的技術(shù)。大多數(shù)氣體傳感器的設(shè)計(jì)原理都采用生物化學(xué)、電化學(xué)、物理和光學(xué)。首先要考慮的是選擇一種敏感技術(shù)，它對(duì)目標(biāo)氣體的閥限制(TLV-thresh-oldlimitvalue)或最低爆炸限(LEL-lowerexplosivelimit)的百分比的檢測(cè)要有足夠的靈敏性。
1.3選擇性
選擇性也被稱為交叉靈敏度。可以通過測(cè)量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)來(lái)確定。這個(gè)響應(yīng)等價(jià)于一定濃度的目標(biāo)氣體所產(chǎn)生的傳感器響應(yīng)。這種特性在追蹤多種氣體的應(yīng)用中是非常重要的，因?yàn)榻徊骒`敏度會(huì)降低測(cè)量的重復(fù)性和可靠性，理想傳感器應(yīng)具有高靈敏度和高選擇性。
1.4抗腐蝕性
抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分?jǐn)?shù)目標(biāo)氣體中的能力。在氣體大量泄漏時(shí)，探頭應(yīng)能夠承受期望氣體體積分?jǐn)?shù)10~20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點(diǎn)校正值應(yīng)盡可能小。
氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來(lái)確定。選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾烷_發(fā)新材料，使氣體傳感器的敏感特性達(dá)到最優(yōu)。
2主要原理及分類
通常以氣敏特性來(lái)分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。
2.1半導(dǎo)體氣體傳感器
半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。
展開 催化燃燒式可燃氣體傳感器的原理
在常見的可燃氣體傳感器類型中，與電化學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器相比，采用催化燃燒原理的可燃氣體傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路設(shè)計(jì)難度低，價(jià)格也較為便宜，被廣泛用于探測(cè)和監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的可燃氣體報(bào)警設(shè)備中。
催化燃燒式可燃氣體傳感器原理電路圖，資料圖
催化燃燒式可燃氣體傳感器根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作。檢測(cè)電路一般采用惠斯通電橋，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件配對(duì)組成電橋的一個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)元件敏感體表面發(fā)生無(wú)焰燃燒，敏感體溫度升高，感溫材料電阻增大，橋路輸出電壓變大，該電壓變化量隨氣體濃度增大而成正比例增大，通過測(cè)定電橋輸出信號(hào)的變化量大小即可判定檢測(cè)氣體的濃度。其中，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用。
關(guān)于防爆噴涂機(jī)器人中可燃氣體傳感器的選型，工采網(wǎng)技術(shù)工程師推薦日本figaro 催化燃燒式可燃氣體傳感器TGS6812和CGM6812模塊以及日本KOMYO 催化燃燒型傳感器 FC-10 ：
日本figaro 催化燃燒式可燃氣體傳感器TGS6812：TGS6812是催化燃燒式的可燃氣體傳感器，可以檢測(cè)100%LEL水平的氫氣，此傳感器具有精度高，耐久性與穩(wěn)定性好，快速響應(yīng)、線性輸出的特點(diǎn)，TGS6812-D00的蓋帽內(nèi)有吸附劑，對(duì)有機(jī)蒸汽的交叉靈敏度很低。此外，此可燃氣體傳感器對(duì)硅化合物的耐受性更佳，更適應(yīng)惡劣環(huán)境。另外也可以直接選擇可燃氣體與校準(zhǔn)模塊，可燃氣體模塊CGM6812-B00是一種搭載了費(fèi)加羅催化燃燒式可燃氣體傳感器TGS6812的新模塊，具有耐久性好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
日本KOMYO 催化燃燒型傳感器 FC-10：濃度輸出始終為線性，因此示值精度高。[圖表1]對(duì)比之前型號(hào)(FC-5)，F(xiàn)C-10擁有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此維護(hù)周期更長(zhǎng)，運(yùn)行成本更低。
展開 在物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，氣體傳感器的應(yīng)用日益廣泛，逐漸向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中，具有代表性的基于金屬氧化物半導(dǎo)體敏感材料的氣體傳感器已廣泛應(yīng)用于安全、環(huán)境、樓宇控制等領(lǐng)域的氣體檢測(cè)。
MEMS技術(shù)的進(jìn)步，為氣體傳感器的集成化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，毋庸置疑，基于MEMS的設(shè)計(jì)方案將成為未來(lái)氣體傳感器的主要發(fā)展方向之一。
目前，市場(chǎng)上以單晶硅材料為襯底，非硅材料為敏感層的MEMS氣體傳感器最為常見，今天工采網(wǎng)小編就給大家介紹一下市場(chǎng)上常見的MEMS氣體傳感器類型。
1、MEMS電導(dǎo)型氣敏傳感器
MEMS電導(dǎo)型氣敏傳感器的敏感材料是金屬氧化物半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆衔铮褂米疃嗟慕饘傺趸锇雽?dǎo)體是二氧化錫，其次是二氧化鈦、氧化鋅等。為提高氣敏傳感器靈敏度和選擇性，往往會(huì)向金屬氧化物中加入催化劑，如鉑、鈀等貴金屬或合適的金屬氧化物。
當(dāng)敏感材料暴露于被測(cè)氣體中，氣體會(huì)與它們發(fā)生反應(yīng)，引起電導(dǎo)率或電阻率的變化，產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后，輸出為可識(shí)別氣體成分或氣體濃度的信號(hào)。
MEMS金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器采用微電子技術(shù)的成膜工藝在硅襯底上淀積金屬氧化物敏感層，利用敏感層下的電阻做加熱器，利用二極管做測(cè)溫元件，必要的信號(hào)電路和讀出電路也可以集成在同一硅芯片上。
MEMS微氣體傳感器的制作工藝如圖所示，其特點(diǎn)在于將加熱電極、絕緣層和測(cè)試電極一層一層依次堆積疊加在一起。
2、MEMS固體電解質(zhì)氣敏傳感器
固體電解質(zhì)氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測(cè)量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關(guān)系密切。傳統(tǒng)的燒結(jié)體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術(shù)制作的器件電機(jī)尺寸精度高，因而MEMS固體電解質(zhì)電流型氣敏傳感器性能優(yōu)異。
展開 隨著科技的發(fā)展，氣體傳感器在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從智能家居到工業(yè)安全，從環(huán)境監(jiān)測(cè)到醫(yī)療保健，氣體傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景日益增多。而在眾多優(yōu)秀的氣體傳感器品牌中，日本費(fèi)加羅（FIGARO）以其高品質(zhì)、高精度和可靠性脫穎而出，成為行業(yè)的佼佼者。 工采網(wǎng)憑借其深厚的行業(yè)積累與前瞻性的市場(chǎng)洞察，成為了日本費(fèi)加羅氣體傳感器的中國(guó)區(qū)總代理，攜手國(guó)際知名品牌，共同開啟氣體傳感技術(shù)的新篇章。
強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，服務(wù)中國(guó)客戶
自成立以來(lái)，工采網(wǎng)一直致力于為中國(guó)市場(chǎng)提供最優(yōu)質(zhì)的傳感器產(chǎn)品和技術(shù)支持。作為日本費(fèi)加羅氣體傳感器的中國(guó)區(qū)總代理，工采網(wǎng)不僅負(fù)責(zé)費(fèi)加羅產(chǎn)品的銷售，還提供了全方位的技術(shù)咨詢和支持服務(wù)。通過與費(fèi)加羅公司的緊密合作，工采網(wǎng)確保了每一個(gè)售出的產(chǎn)品都能達(dá)到最高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并滿足客戶的各種需求。
日本費(fèi)加羅
費(fèi)加羅技研株式會(huì)社，50年來(lái)一直作為氣體傳感技術(shù)領(lǐng)域的世界領(lǐng)先公司。在安防、空氣質(zhì)量控制、冷暖空調(diào)設(shè)備、家電、汽車等領(lǐng)域，為全世界提供了既實(shí)用又非常可靠的傳感器以及傳感器的應(yīng)用產(chǎn)品。
豐富的產(chǎn)品線
費(fèi)加羅公司擁有多種類型的氣體傳感器，包括電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式等原理氣體傳感器，適用于檢測(cè)各種有害氣體，如一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧氣(O2)、氫氣（H2）等。這些傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。工采網(wǎng)提供的產(chǎn)品線涵蓋了費(fèi)加羅所有的主流型號(hào)，可以滿足不同行業(yè)用戶的需求。
日本費(fèi)加羅氣體傳感器選型
工采網(wǎng)是 FIGARO 的中國(guó)地區(qū)代理商，如您對(duì)日本費(fèi)加羅產(chǎn)品感興趣，歡迎隨時(shí)訪問工采網(wǎng)了解更多。
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在半導(dǎo)體制造、生物制藥、新能源研發(fā)等對(duì)工藝精度要求極高的領(lǐng)域，氣體流量的穩(wěn)定與精確控制是決定產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的核心環(huán)節(jié)，很多工程師在選型時(shí)都會(huì)提出一個(gè)關(guān)鍵問題：“氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）是否具備自動(dòng)流量調(diào)節(jié)功能？”
布瑯軻鍶特-氣體質(zhì)量流量控制器：https://www.bronkhorst-china.com/
答案是肯定的，以布瑯軻鍶特
所以，厭氧培養(yǎng)箱箱中推薦采用荷蘭Xensor 高速響應(yīng)熱導(dǎo)式氣體傳感器 XEN-5320-HP。
荷蘭Xensor 高速響應(yīng)熱導(dǎo)式氣體傳感器不銹鋼螺紋型 XEN-5320-HP工作原理: XEN-5320通過測(cè)定微型機(jī)械加熱元件的溫度提升確定氣體組分。對(duì)于各二元?dú)怏w混合，升高溫度與加熱功率比取決于氣體混合比。為獲得更佳精度，傳感器已做環(huán)境溫濕度修正。
二氧化氮（NO2），是一種棕紅色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的有毒氣體。在常溫下，NO2會(huì)與四氧化二氮（N2O4）混合共存，溶于濃硝酸后生成發(fā)煙硝酸。它具有很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，能與水作用生成硝酸和一氧化氮，與堿作用生成硝酸鹽，還能與許多有機(jī)化合物發(fā)生激烈反應(yīng)。
二氧化氮的主要來(lái)源于化石燃料的高溫燃燒過程，包括機(jī)動(dòng)車尾氣排放、工業(yè)鍋爐燃燒、發(fā)電廠煙氣等。它對(duì)人體健康直接構(gòu)成嚴(yán)重威脅——刺激呼吸道、誘發(fā)哮喘
在工業(yè)自動(dòng)化與精密制程控制日益普及的今天氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）已不再是孤立的執(zhí)行單元，而是智能控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，很多用戶在選型時(shí)都會(huì)提出一個(gè)核心問題：“氣體質(zhì)量流量控制器是否支持通信接口？”答案是肯定的——高端MFC不僅支持，而且提供多種主流通信接口，實(shí)現(xiàn)與PLC、DCS、SCADA系統(tǒng)乃至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）平臺(tái)的無(wú)縫集成。
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在精密氣體流量控制領(lǐng)域，響應(yīng)時(shí)間是衡量設(shè)備性能的核心指標(biāo)，它直接決定了工藝的效率和產(chǎn)品的良率，對(duì)于氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）而言，響應(yīng)時(shí)間并非一個(gè)固定值，而是通常在150毫秒到2秒之間，具體時(shí)長(zhǎng)取決于設(shè)備型號(hào)、技術(shù)原理和應(yīng)用場(chǎng)景的嚴(yán)苛要求。
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從工作原理來(lái)看，氣體質(zhì)量流量控制器本質(zhì)上是質(zhì)量流量傳感器與比例控制閥的有機(jī)結(jié)合體，傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體質(zhì)量流量，并將數(shù)據(jù)傳輸至微處理器；微處理器將實(shí)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，隨即驅(qū)動(dòng)控制閥進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以消除偏差，這一過程遵循著嚴(yán)格的物理閉環(huán)邏輯。
在工業(yè)自動(dòng)化與精密制造領(lǐng)域，氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）早已超越了單純的流量調(diào)節(jié)角色，演變?yōu)橹悄芸刂葡到y(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行單元，很多用戶在選型時(shí)都會(huì)提出一個(gè)關(guān)鍵問題：氣體質(zhì)量流量控制器是否具有可編程功能？ 答案是肯定的——以布瑯軻鍶特（Bronkhorst）為代表的高端MFC產(chǎn)品，不僅具備強(qiáng)大的可編程能力，更將靈活性、智能化與工藝適配性提升到了全新高度。
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顏色傳感器是從發(fā)射器發(fā)射光，由接收器檢測(cè)檢測(cè)物體反射的光的“光電傳感器”的一種。顏色傳感器能夠檢測(cè)紅色、藍(lán)色、綠色各自的受光量，能夠判別目標(biāo)物的顏色。發(fā)射寬頻譜波長(zhǎng)的光后由接收器接受并區(qū)分目標(biāo)物反射光中的3種顏色類型。檢測(cè)各種類型的紅色、藍(lán)色、綠色各自的受光量，算出受光比例。
工作流程：
光源照射?：傳感器內(nèi)置光源（如白光LED）發(fā)射光線照射目標(biāo)物體。?
光線反射?：物體表面吸收部分光線
很多應(yīng)用場(chǎng)景不再滿足于單一氣體的單一流量控制，用戶經(jīng)常提出一個(gè)關(guān)鍵問題：“氣體質(zhì)量流量控制器是否可以測(cè)量多個(gè)通道的流量？”這通常包含兩層含義：一是指單臺(tái)儀表是否能處理多種氣體或量程（多參數(shù)能力）；二是指系統(tǒng)層面如何實(shí)現(xiàn)多路氣體的并行控制，作為全球領(lǐng)先的流量測(cè)量與控制解決方案提供商，布瑯軻鍶特（Bronkhorst）通過先進(jìn)的產(chǎn)品系列和模塊化設(shè)計(jì)，為這兩個(gè)問題提供了完美的解答。
布瑯軻鍶特
氣體質(zhì)量流量控制器（Mass Flow Controller, MFC）作為核心執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、分析儀器、實(shí)驗(yàn)室研發(fā)等場(chǎng)景，很多用戶在選型或使用過程中常會(huì)提出一個(gè)關(guān)鍵問題：氣體質(zhì)量流量控制器是否支持手動(dòng)控制？
作為全球領(lǐng)先的流量測(cè)量與控制解決方案提供商，布瑯軻鍶特（Bronkhorst）將結(jié)合產(chǎn)品特性與實(shí)際應(yīng)用，為您詳細(xì)講解這一問題。
