物联网与传感器技术-甲烷和乙炔气体传感器

1.甲烷传感器

甲烷传感器的类型主要有光干涉式、金属氧化物半导体式、红外吸收型光纤式和电化学式。其中金属氧化物半导体甲烷传感器成本较为低廉，最受人们青睐。

金属氧化物半导体甲烷传感器主要以氧化物半导体为基本材料，使气体吸附于氧化物表面，利用由此而产生的电导率变化测量气体的成分和浓度。金属氧化物半导体甲烷传感器的特点是灵敏度高、响应速度快、成本低等，所用的金属氧化物半导体材料主要有氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钴、氧化镁、γ-氧化铁等类型，其工作机理模型主要有以下3种。

1）表面吸附机理模型。由于半导体与吸附分子间的能量差，半导体表面吸附气体分子后，在半导体表面和吸附分子之间将发生电荷重排。对于如SnO₂、TiO₂等N型半导体，如果吸附的是还原性的甲烷气体，这时电子由甲烷向半导体表面转移，使半导体表面的电子密度增加，从而使电阻率下降。

2）晶界势垒模型。晶界势垒模型认为，氧化物粒子之间的接触势垒是引起气敏效应的根源。通常情况下，晶界吸附着氧，形成高势垒，电子不能通过它而移动，故电阻较大。如果与甲烷气体接触，由于氧的减少，势垒降低，电子移动变得容易，电导率增加，电阻率下降。

3）吸附氧理论模型。吸附氧理论是表面吸附机理和晶界势垒模型两者的结合，是目前公认较好的理论。当半导体表面吸附了氧这类电负性大的气体后，半导体表面就会丢失电子，这些电子被吸附的氧俘获，其结果是N型半导体阻值减小。(www.xing528.com)

甲烷是一种在工业和民用上应用十分广泛的气体，但由于与氧气混合达到一定浓度后具有易燃易爆的性质，因此，为防止爆炸事故的发生，需大量使用甲烷气体报警传感器，所以开发一种成本低、灵敏度高、选择性好、性能稳定的甲烷传感器成了一个热点。

2.乙炔传感器

常用的乙炔气体浓度传感器是半导体式乙炔传感器。此外还有基于乙炔气体的光谱吸收特性制作的光纤乙炔气体浓度传感器等。

乙炔传感器的工作原理是在检测元件上由两只电阻构成惠斯登检测桥路。当可燃性混合气体扩散到检测元件上时，迅速进行无焰燃烧，并产生反应热，使热丝电阻值增大，使电桥输出一个变化的电信号，这个电信号的大小与可燃气体的浓度成正比。

乙炔传感器是测量乙炔气体浓度的传感器，用于对乙炔气体的泄漏及微量检测，以防乙炔气体爆炸和对人体产生毒害作用。乙炔传感器广泛应用于电子、石油、化工、冶金、电力及其他各种工业及民用领域。半导体式乙炔传感器具有反应时间短、稳定性好、选择性好、使用寿命长等特点。