红外CO气体传感器 CO气体传感器研究现状

1964年，Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出第一个气体传感器。1982年，英国华威大学的珀索德提出了用气体传感器模拟动物嗅觉系统的结构。此后，气体传感器发展迅速，应用于各种场合，如气体泄漏检测和环境检测。目前，各国的研究主要集中在有毒气体和可燃气体方面，主要研究方向是如何提高传感器的灵敏度和工作性能，缩短恶劣环境下的工作时间，降低成本和智能化。

一氧化碳气体检测的适用方法包括比色法、半导体法、电化学气体传感器检测法、红外吸收检测法等。

比色法是基于CO气体是一种还原性气体，可以使氧化物发生反应，从而改变化合物的颜色，通过颜色变化来测量气体浓度。这种传感器的主要优点是没有电能消耗。

半导体一氧化碳传感器是目前应用最广泛的一氧化碳气体传感器。溶胶-凝胶法制备二氧化锡基材料，并在基体材料中掺杂金属催化剂进行气体测量。目前，国外对铂、钯、金等掺杂二氧化锡基材料进行了研究。，并发现当传感器工作在220ο°C，在二氧化锡中掺杂2%的铂时，传感器对一氧化碳的灵敏度最大。其原理是利用半导体表面待测气体的氧化还原反应，引起敏感元件电阻值的变化，来检测气体的类型和浓度。当半导体器件被加热到稳定状态并被吸附时，当气体与半导体表面接触时，被吸附的分子首先在表面上自由扩散，失去它们的动能，一些分子蒸发，而其他残余分子经历热分解并被固定在吸附位置。如果半导体的功函数大于被吸附分子的离解能，被吸附分子就会向器件释放电子，形成正离子吸附。如H2、一氧化碳、碳氢化合物等。被称为还原气体。当还原气体被吸附在N型半导体上时，载流子增加，半导体的电阻值降低。从而闭合电路并发出信号。

一氧化碳电化学气体传感器的敏感电极，如常用的金属电化学电极，包括过渡金属元素如铂、金、钨、银、铱、铜等。这些元素具有空更多的d、f电子轨道和冗余的d、f电子，可以在氧化还原过程中提供电子空位点或电子，还可以形成催化能力强的配合物。研制了一种新型一氧化碳电化学气体传感器，即将多壁碳纳米管自组装在铂微电极上，制备了多壁碳纳米管粉末微电极，以其为工作电极，银/氯化银为参比电极，铂丝为对比电极，多孔聚四氟乙烯膜为透气膜。该传感器对一氧化碳有明显的电化学催化作用，响应时间短，重复性好。

一氧化碳气体传感器与报警器一起使用，是报警器中的核心检测元件，它是基于恒电位电解的。当一氧化碳扩散到气体传感器中时，气体传感器的输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起到将化学能转化为电能的作用。当气体浓度变化时，气体传感器的输出电流成比例变化，由报警器的中间电路转换放大，驱动不同的执行器完成声、光、电检测和报警功能，并与相应的控制装置一起构成环境检测或监控报警系统。当一氧化碳气体通过透气膜从外壳上的气孔扩散到工作电极表面时，一氧化碳气体在工作电极的催化下在工作电极上被氧化。

化学反应式为CO+H2O→CO2+2H+2e-

工作电极上氧化反应产生的H+离子和电子通过电解质转移到与工作电极保持一定距离的反电极上，与水中的氧气发生还原反应。

其化学反应式为:1/2o 2+2H+2e-→H2O

因此，在传感器内部发生可逆的氧化还原反应。化学反应式为:2CO+2O2→2CO2，是可逆的氧化还原反应，总是发生在工作电极和对电极之间，在电极之间产生电位差。这是因为两个电极上的反应会使电极极化，这使得电极间的电势难以保持恒定，从而限制了一氧化碳浓度的可检测范围。为了保持极间电势不变，我们增加了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中，输出端反映参比电极和工作电极之间的电位变化。因为参比电极不参与氧化或还原反应，所以可以保持电极间的电位恒定(即恒电位)，此时电位变化与一氧化碳浓度的变化直接相关。当气体传感器产生输出电流时，其大小与气体浓度成正比。一氧化碳的浓度可以通过电极的引线，用外部电路测量传感器的输出电流来检测，线性测量范围宽。这样，通过将信号采集电路和相应的转换输出电路外接至气体传感器，即可检测和监测一氧化碳气体。

基于一氧化碳气体的近红外吸收机理，研究了光谱吸收光纤一氧化碳气体传感器。仪器的检测灵敏度可达0.2*10-6。另一种光学传感器是由二氧化硅薄膜通过溶胶-凝胶盐酸催化和超声波制成的。将薄膜浸入氯化钯和氯化铜的混合溶液中，匀速拉伸，干燥，制成敏感薄膜。钯盐与CO反应生成钯单质，引起吸光度变化。

已知国外已有研究，其中磁敏膜是通过电镀超频声音增强的铁氧体获得，对气体的响应灵敏度由磁饱和和矫顽力决定。当温度加热到85ο°C时，获得最大响应，检测范围为333 ppm ~ 5000 ppm。

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